Der Lunar Trailblazer der NASA steht kurz vor seiner Fertigstellung, nachdem das kleine Raumschiff um sein zweites und letztes hochmodernes wissenschaftliches Instrument erweitert wurde. Der Lunar Thermal Mapper (LTM) wurde von der Universität Oxford in England gebaut und von der britischen Raumfahrtbehörde beigesteuert. Er schließt sich dem High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper (HVM3) an, der Ende letzten Jahres in die Raumsonde integriert wurde. Zusammen werden die Instrumente es Wissenschaftlern ermöglichen, die Häufigkeit, Lage und Form des Mondwassers zu bestimmen.
Unter der Leitung des Caltech in Pasadena, Kalifornien, hat Lunar Trailblazer eine Masse von etwa 440 Pfund (200 Kilogramm) und ist bei vollständig ausgefahrenen Solarpaneelen nur 11,5 Fuß (3,5 Meter) breit. Der kleine Satellit wird sich auf das LTM-Instrument stützen, um Temperaturdaten zu sammeln, die Aufschluss über die thermischen Eigenschaften der Mondoberfläche und die Zusammensetzung von Silikatgesteinen und -böden geben. Das bildgebende Spektrometer HVM3, das vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien gebaut wurde, wird die Form, Häufigkeit und Lage von Wasser in denselben Regionen wie das LTM-Instrument erkennen und kartieren.
„Die Erforschung des Mondes ist ein internationales Unterfangen, und Lunar Trailblazer verkörpert diesen Geist mit dem Beitrag der Universität Oxford und der britischen Raumfahrtbehörde zur Mission“, sagte Bethany Ehlmann, die Hauptforscherin der Mission am Caltech. „Mit der kombinierten Leistung dieser beiden hochentwickelten Instrumente können wir besser verstehen, wo und warum sich Wasser auf dem Mond befindet, und die nächste Ära der Monderforschung unterstützen.“
Lunar Trailblazer startet vor den menschlichen Landungen des Artemis-Programms und wird Informationen über das Wasser des Mondes zurückgeben und Karten bereitstellen, die künftigen robotischen und menschlichen Entdeckern als Orientierungshilfe dienen. Mondwasser könnte auf vielfältige Weise genutzt werden, von der Reinigung als Trinkwasser bis hin zur Verarbeitung zu Treibstoff und atembarem Sauerstoff.
„Die Lunar Trailblazer-Mission wird unser Verständnis unseres natürlichen Satelliten verbessern und zeigen, wie wir seine Ressourcen nutzen können, um die Erforschung in der Zukunft zu unterstützen“, sagte Libby Jackson, Leiterin der Weltraumforschung bei der britischen Weltraumbehörde. „Die Unterstützung von Missionen und Fähigkeiten, die der Menschheit Möglichkeiten eröffnen, tiefer in den Weltraum vorzudringen, ist eine unserer Prioritäten. Daher ist es spannend zu sehen, dass das LTM-Instrument startbereit ist.“
Lunar Trailblazer wurde 2019 vom SIMPLEx-Programm (Small Innovative Missions for Planetary Exploration) der NASA ausgewählt und wird als sekundäre Nutzlast auf der zweiten Roboter-Mondlandemission von Intuitive Machines namens IM-2 starten. Dieser Start, der auch den unterirdischen Eisbohrer Polar Resources Ice Mining Experiment-1 der NASA mit sich führen wird, wird frühestens Anfang 2024 erwartet.
Mondwasserkreislauf
Wenn Lunar Trailblazer in der Umlaufbahn um den Mond ankommt, wird es mithilfe von HVM3 die spektralen Fingerabdrücke – oder Wellenlängen des reflektierten Sonnenlichts – der verschiedenen Wasserformen über der Mondlandschaft kartieren. LTM scannt diese kartierten Regionen gleichzeitig, um ein Bild zu erstellen, das zur Charakterisierung der Temperatur der Oberfläche verwendet werden kann. Durch die Messung derselben Orte zu unterschiedlichen Tageszeiten wird Lunar Trailblazer feststellen, ob sich die Wassermenge auf diesem luftleeren Körper ändert.
Es wird vermutet, dass einige Wassermoleküle im Mondgestein und Regolith (gebrochenes Gestein und Staub) eingeschlossen sein könnten, insbesondere solche, die Silikate enthalten, das am häufigsten vorkommende Mineral auf dem Mond. Andere Wassermoleküle können sich bewegen und sich für kurze Zeit als Frost in kalten Schatten niederlassen.
Wenn die Sonne während des Mondtages ihre Position am Himmel ändert, verschieben sich die Schatten. Dadurch sublimiert das Eis und verwandelt sich in Dampf, ohne eine flüssige Phase zu durchlaufen. Wenn sich die Wassermoleküle in der extrem dünnen Atmosphäre des Mondes an andere kalte Orte bewegen, können sie sich erneut als Reif absetzen. Die wahrscheinlichsten Orte, an denen sich Wassereis in nennenswerten Mengen befindet, sind die immer kalten, dauerhaft beschatteten Krater an den Mondpolen, die wichtige Ziele für Wissenschaft und Forschung darstellen.
„LTM kartiert präzise die Oberflächentemperatur des Mondes, während das HVM3-Instrument nach der spektralen Signatur von Wassermolekülen sucht“, sagte Neil Bowles, Instrumentenwissenschaftler für LTM an der Universität Oxford. „Die Kombination der Messungen beider Instrumente ermöglicht es uns zu verstehen, wie sich die Oberflächentemperatur auf Wasser auswirkt, und verbessert so unser Wissen über das Vorhandensein und die Verteilung dieser Moleküle auf dem Mond.“
LTM wird mithilfe von vier Breitband-Infrarotkanälen Karten der Mondoberflächentemperatur von etwa minus 265 Grad bis 266 Fahrenheit (minus 165 Grad bis 130 Grad Celsius) bereitstellen. Das Instrument scannt die Mondoberfläche, um ein multispektrales Bild zu erstellen, während die Raumsonde darüber kreist. Gleichzeitig kartieren 11 schmale Infrarotkanäle auch kleine Variationen in der Zusammensetzung der Silikatmineralien, aus denen die Gesteine und der Regolith der Mondoberfläche bestehen, und liefern so weitere Informationen darüber, woraus die Mondoberfläche besteht und wie sich dies auf die Menge dieser Mineralien auswirken kann Wasser vorhanden.
Lunar Trailblazer wird derzeit bei Lockheed Martin Space in Littleton, Colorado, endgültig zusammengebaut und getestet. Die Raumsonde hat kürzlich Tests in einer thermischen Vakuumkammer abgeschlossen, die die raue Umgebung des Weltraums simuliert. Da nun beide Instrumente in das Raumschiff integriert sind und abschließende Tests auf Systemebene durchlaufen, nähert sich Lunar Trailblazer der Auslieferung nach Florida für die letzten Startvorbereitungen.