Verfolgung einer verirrten Weltraumrakete zu einem mysteriösen Krater auf dem Mond

Im März 2022 schleuderte ein defektes Teil einer Weltraumrakete auf die Mondoberfläche und schlug in der Nähe des Hertzsprung-Kraters ein, einem riesigen Einschlagserum auf der anderen Seite des Mondes, das von der Erde aus nie direkt sichtbar ist.

Seltsamerweise und im Gegensatz zu allen anderen Weltraumgeräten, die auf der Mondoberfläche landeten, hinterließ dieser nicht nur einen, sondern zwei Krater, was laut Tanner Campbell Spekulationen darüber hervorrief, was genau es war, das seine letzte Ruhestätte auf der Mondoberfläche fand Doktorand am Department of Aerospace and Mechanical Engineering am College of Engineering der University of Arizona und Erstautor der Studie.

In einem Papier veröffentlicht in der Planetary Science Journal, liefert ein Forscherteam der UArizona den endgültigen Beweis, dass es sich bei dem Objekt um einen Trägerraketen einer chinesischen Weltraumrakete handelte, die mehrere Jahre lang durch den Weltraum gerast war. Die Studie ergab auch, dass die verlassene Raketenstufe wahrscheinlich eine nicht genannte zusätzliche Nutzlast trug.

Dem Mond ist das, was man als High-Tech-Littering bezeichnen könnte, nicht fremd – die Überreste von Raumfahrzeugen, die auf den Mond prallen, nachdem sie ihre Reise durch den Weltraum beendet haben. Mehrere Raketenverstärker der Apollo-Missionen der NASA sind nur einige Beispiele für Weltraumhardware, auf die zukünftige Astronauten stoßen könnten, wenn sie die kalte, ruhige und luftlose Mondlandschaft erkunden.

Sieben Jahre zuvor entdeckten Forscher des von der UArizona geleiteten Catalina Sky Survey, einem der weltweit führenden Programme zur Erkennung und Untersuchung von Asteroiden, die eine Gefahr für die Erde darstellen könnten, ein Objekt, das sich in zügigem Tempo zwischen Erde und Mond bewegte. Sie gaben ihm die Bezeichnung WE0913A, seine Identität war jedoch unbekannt.

Aufgrund seiner Flugbahn durch den Himmel wurde WE0913A zunächst für einen fehlerhaften SpaceX Falcon 9-Trägerraketenwerfer aus dem Jahr 2015 gehalten, dessen Flugbahn ihn auf den Weg zum Mond brachte. Erste Beobachtungen mit dem Raptor-Teleskop, das vom Studententeam gebaut wurde, und Spektralanalysen verfolgten bald die präzisen Lichtsignale, die von der Oberfläche des Objekts reflektiert wurden.

Sie kamen zu dem Schluss, dass die Lichtreflexionssignatur von WE0913A und die Art und Weise, wie es sich durch den Weltraum bewegte, es wahrscheinlicher machten, dass es sich um eine Trägerrakete einer Chang’e 5-T1 handelte, einer Rakete, die 2014 im Rahmen des Monderkundungsprogramms der chinesischen Raumfahrtbehörde gestartet wurde. Während die chinesische Raumfahrtbehörde behauptete, der Raketenverstärker sei beim Wiedereintritt in der Erdatmosphäre verglüht, bestätigte das US-Weltraumkommando, dass die dritte Stufe der Rakete nie wieder in die Erdatmosphäre eingedrungen sei.

Die Chang’e 5-T1 war als Probelauf für eine Mission konzipiert, bei der eine Probe Mondboden zur Erde zurückgebracht werden sollte. Es handelte sich um ein experimentelles Roboter-Raumschiff, das auf einer Long March 3C-Rakete saß. Die dritte und oberste Stufe dieser Rakete ist das Objekt, das später vom Catalina Sky Survey als Objekt WE0913A identifiziert wurde. Der Booster lieferte den Schub, der die Nutzlasten in eine Umlaufbahn um den Mond trieb. Sobald es verbraucht war, warf es das Umlaufmodul und die Probenrückführungskapsel ab und wurde dann sich selbst überlassen, ein typisches Verfahren für Raketenbooster, nachdem sie ihre Aufgabe erfüllt haben.

Während der Raketenverstärker zu klein ist, um selbst mit einem Hochleistungsteleskop aufgelöst zu werden, ergaben die Beobachtungen eine charakteristische Lichtkurve mit Aufhellungen und Abschwächungen, die durch seine Rotation verursacht wird.

„Während sich das Objekt dreht, sehen wir Variationen im richtigen Licht, das es reflektiert, während sich die sichtbare Oberfläche verändert“, sagte Vishnu Reddy, Professor für Planetenwissenschaften am UArizona Lunar and Planetary Laboratory und Direktor des Space4 Center. Reddy ist einer der Co-Autoren des Papiers und Campbells Co-Berater. „Wenn die breite Seite der Rakete auf Sie gerichtet ist, erhalten Sie mehr Licht, und wenn sie sich dreht, erhalten Sie von dieser Seite weniger Licht.“

Durch den Vergleich der Lichtkurvendaten mit Computersimulationen von Tausenden hypothetischen Objekten, die durch den Weltraum schweben, konnte das Team feststellen, dass WE0913A nicht das war, was man von einem Raketenverstärker erwarten würde.

„Etwas, das sich schon so lange im Weltraum befindet, ist den Kräften der Schwerkraft der Erde und des Mondes sowie dem Licht der Sonne ausgesetzt“, sagte Campbell. „Man würde also erwarten, dass es ein wenig wackelt, vor allem wenn man bedenkt, dass der Raketenkörper eine große leere Hülle mit einem schweren Motor auf einer Seite ist. Aber das Ganze taumelte einfach hin und her, und zwar auf eine sehr stabile Art und Weise.“ “

Mit anderen Worten: Der Raketenverstärker muss eine Art Gegengewicht zu den beiden Triebwerken gehabt haben, von denen jedes ohne Treibstoff 1.200 Pfund wiegt.

„Wir wissen, dass am oberen Ende des Boosters ein Instrumentendeck montiert war, aber diese wiegen nur etwa 60 Pfund“, sagte Campbell. „Wir führten eine Analyse des Drehmomentgleichgewichts durch und zeigten, dass diese Gewichtsmenge den Schwerpunkt der Rakete um ein paar Zentimeter verschoben hätte – das reichte bei weitem nicht aus, um ihre stabile Rotation zu erklären. Das lässt uns vermuten, dass es so sein muss.“ etwas weiter vorne montiert worden.

Weitere Hinweise ergaben sich aus dem Einschlag selbst: Als die Trägerrakete auf den Mond prallte, hinterließ sie statt einem zwei etwa 30 Meter voneinander entfernte Krater. Auch dies sei sehr ungewöhnlich, so Campbell, der darauf hinwies, dass die von Apollo-Raketen hinterlassenen Krater entweder rund seien, wenn der Impaktor gerade nach unten kam, oder länglich, wenn er in einem flachen Winkel einschlug.

„Dies ist das erste Mal, dass wir einen Doppelkrater sehen“, sagte er. „Wir wissen, dass der Einschlag im Fall von Chang’e 5 T1 fast direkt nach unten erfolgte, und um diese beiden Krater ungefähr gleich groß zu bekommen, braucht man zwei ungefähr gleiche Massen, die voneinander entfernt sind.“

Die Studie verdeutlicht einen wachsenden Bedarf: Die Möglichkeit, den Überblick über nicht mehr funktionierende Weltraumhardware zu behalten, nachdem sie ihren Zweck erfüllt hat, ist für die Fortsetzung der Weltraumforschung von entscheidender Bedeutung. Zu diesem Zweck spielen Forschungsprogramme zum sogenannten Weltraum-Situationsbewusstsein eine entscheidende Rolle, und das Space4 Center von UArizona ist Teil dieser Bemühungen, so Roberto Furfaro, stellvertretender Direktor von Space4 und Co-Berater von Campbell.

Furfaro ist Mitautor des Artikels und Professor am Fachbereich System- und Wirtschaftsingenieurwesen. Zu den weiteren Co-Autoren des Papiers von UArizona gehören Adam Battle, ein Doktorand am Lunar and Planetary Lab, und Neil Pearson, Reddys Laborleiter.

„Es gibt sowohl auf staatlicher als auch auf kommerzieller Ebene große Bestrebungen, zum Mond zu fliegen“, sagte Furfaro, „und wenn immer mehr Objekte auf den Mond gebracht werden, wird es äußerst wichtig, dass wir nicht nur das Objekt verfolgen, sondern auch.“ auch verstehen, was sie tun werden, wenn sie dort ankommen.

Was die zusätzliche Nutzlast der Chang’e 5 T1-Rakete betrifft, besteht eine gute Chance, dass ihre Identität weiterhin geheim bleibt, sagte Campbell.

„Offensichtlich haben wir keine Ahnung, was es gewesen sein könnte – vielleicht eine zusätzliche Stützstruktur, zusätzliche Instrumente oder etwas anderes“, sagte er. „Wir werden es wahrscheinlich nie erfahren.“