Nasa und Esa fliegen zum Mond Artemis – das passiert beim Start am Montag

Die Nasa will zurück zum Mond – sogar Menschen sollen ihn in wenigen Jahren wieder betreten. Doch jetzt steht erst einmal eine unbemannte Mondrakete auf der Startrampe: Am Montag um 14.33 Uhr soll Artemis I starten.

 Artemis I ist fast 100 Meter hoch und entwickelt 15 Prozent mehr Schubkraft als die Saturn-V-Rakete, mit der Apollo-Astronauten zum Mond starteten.

Artemis I ist fast 100 Meter hoch und entwickelt 15 Prozent mehr Schubkraft als die Saturn-V-Rakete, mit der Apollo-Astronauten zum Mond starteten.

Foto: dpa/Terry Renna

Sie reckt sich 98,3 Meter hoch in den Himmel und ist mehr als 2600 Tonnen schwer: Artemis I. Und wenn der Countdown am Montag (29. August 2022) runtergezählt wird, ergießen sich gegen 14.33 Uhr unserer Zeit kurz vor dem Start in einigen Sekunden mehr als 1,7 Millionen Liter Wasser auf die Startrampe 39b des US-Weltraumbahnhofs Kennedy Space Center. So sollen die Lautstärke und die Vibrationen gedämpft werden beim Start von Artemis I, die aus drei Teilen besteht: Das SLS (Space Launch System oder Weltraum-Start-System) ist die Rakete. Dazu kommt die Orion-Kapsel. Und die ist verbunden mit dem Antriebs-, Lebenserhaltungs- und Energieversorgungssystem des europäischen Service-Moduls ESM.

Mehr als 75 Prozent der Schubkraft kommen in den ersten zwei Minuten nach dem Start von zwei Boostern. Jede Einzelne der „Hilfsraketen“ ist mit 54 Metern höher als die Freiheitsstatue (ohne Sockel) in New York und hat anfangs eine Masse von mehr als 726 Tonnen. Der Großteil davon macht der Treibstoff aus, der die Konsistenz eines Radiergummis hat. Das sorgt für eine gleichmäßig hohe Schubkraft von etwa 20 Jumbo-Jets pro Booster - ohne den Schwerpunkt der Rakete groß zu verändern, wenn jede Sekunde rund sechs Tonnen Treibstoff verbrannt werden.

Die restliche Schubkraft kommt von der fast 65 Meter hohen Hauptstufe, die beim Start zunächst eher unterstützend arbeitet: Die besteht vor allem aus einem orangefarbenen Tank, der für das Space-Shuttle-Programm entwickelt worden war. Er fasst zwei Millionen Liter flüssigen Wasserstoff bei minus 253 Grad Celsius und knapp 742.000 Liter flüssigen Sauerstoff bei minus 183 Grad Celsius. Die versorgen vier RS-25 Triebwerke, die schon bei diversen Space-Shuttle-Flügen im Einsatz waren. Über acht Minuten können sie eine Schubkraft von etwa elf Jumbo-Jets entwickeln.

Was sind die Phasen des Starts?

1 Minute, 10 Sekunden In knapp 13.000 Meter Höhe und mit 1682 km/h erreicht die Rakete „Max Q“: die höchste strukturelle Belastung beim Flug durch die Atmosphäre. Zwar ist die Luftdichte da sehr viel geringer als am Erdboden, aber Artemis ist schnell unterwegs. Die Belastung entspricht grob gerechnet drei Tonnen, die auf einen Quadratmeter wirken. Es ist einer der kritischsten Momente des Raketenstarts.

2 Minuten, zwölf Sekunden Die Booster haben ihre Arbeit getan. In mehr als 48 Kilometer Höhe und bei 5100 km/h werden sie abgeworfen und landen im Atlantik. Obwohl sie Weiterentwicklungen der „Hilfsraketen“ für das Space Shuttle sind, lassen sie sich anders als beim ehemaligen Raumgleiter nicht wiederverwenden. Die Hauptstufe übernimmt nun allein die Arbeit.

3 Minuten, 30 Sekunden Das Notfall-System LAS (Launch Abort System oder Startabbruch-System) an der Raketenspitze wird abgeworfen. Sie soll die Orion-Kapsel samt einer Crew (Artemis I ist unbemannt) von der Rakete sprengen und in Sicherheit bringen, sollte beim Start etwas passieren. Innerhalb von zwei Sekunden kann sie auf mehr als 600 km/h beschleunigen.

8 Minuten, 30 Sekunden In 162 Kilometer Höhe und bei mehr als 28.000 km/h wird die ausgebrannte Hauptstufe abgetrennt. Sie landet im Pazifik und ist ebenfalls nur für einen einmaligen Einsatz konstruiert.

18 bis 20 Minuten Das ESM fährt die Solarpanels aus, um das Raumschiff mit Strom zu versorgen. Die Batterien selbst haben nach dem Start nur genug Ladung für 45 bis 50 Minuten.

Die zweite Stufe (ICPS für Interim Cryogenic Propulsion Stage) kommt nun zu Einsatz. Die setzt erneut auf flüssigen Wasser- und Sauerstoff, entwickelt aber nicht mehr ganz so viel Schubkraft, sondern bewegt sich in etwa auf dem Niveau eines Düsenjets.

51 Minuten Am erdnächsten Punkt der Umlaufbahn hebt die zweite Stufe den Orbit an.

97 Minuten Die Orion-Kapsel und das europäische Service-Modul werden von der zweiten Stufe auf Kurs in Richtung Mond gebracht.

125 Minuten Mehr als 3700 Kilometer von der Erde entfernt und bei mehr als 31.580 Kilometer pro Stunde wird die zweite Stufe abgetrennt. Die wird nach der Abkopplung zehn Mini-Satelliten ausstoßen, die jeweils ihre eigene Mission verfolgen: von der Messung der Strahlung im Weltall bis hin zu Tests von neuen Antriebssystemen. Auch die zweite Stufe bewegt sich in Richtung Mond. Weil sie aber nicht mehr manövrierfähig ist, wird sie sich in den Weiten des Weltraums verlieren – während die Orion-Kapsel gezielt unseren Trabanten anfliegt. Die Flugbahnen wurden indes so koordiniert, dass es keine Gefahr einer Kollision gibt.

Warum kann Artemis nicht jederzeit starten?

Während der gesamten Mission sollen die Solarpanels nur für maximal 90 Minuten ohne Sonnenlicht sein. Das aber schränkt die möglichen Startfenster ein. Dazu kommt, dass das Raumschiff mit dem vorhandenen Treibstoff und der Schubkraft des ESM in einen speziellen Orbit um den Mond fliegen soll. Die entsprechenden Beschleunigungsmanöver und Flugwinkel setzen weitere Grenzen. Am 29. August schließt das Zeitfenster um 16.33 Uhr. Es öffnet sich wieder am 2. September und am 5. September.

Was ist diese spezielle Umlaufbahn?

Nach etwa vier Tagen werden Orion und das ESM ihr erstes Ziel erreichen und in eine Bahn einschwenken, die sie rund 100 Kilometer nahe der Mond-Oberfläche bringt. Sie nutzen dann die Beschleunigung durch die Gravitationskraft unseres Trabanten und das ESM-Triebwerk, um in eine neue Umlaufbahn zu fliegen. Diese Bahn hat den Namen DRO für „Distant Retrograde Orbit“ oder „Entfernte rückläufige Umlaufbahn“. Sie führt bis zu 70.000 Kilometer weit weg vom Mond. Orion benötigt für einen Umlauf 14 Tage und bewegt sich entgegengesetzt zur Eigenrotation unseres Trabanten. Der „DRO“ hat den Vorteil, dass er über mehrere Jahrhunderte ohne großen Energieaufwand stabil ist. Zudem umgeht er ein anderes Problem. Die Masse des Mondes ist nicht gleichmäßig verteilt, wodurch es zu kleinen Schwankungen seiner Schwerkraft kommt. Das aber kann bei nahen Umlaufbahnen und längeren Missionen zu Störungen führen. Die müssten immer wieder ausgeglichen werden, was Treibstoff verbraucht.

Orion soll den DRO testen, der mittlerweile aber nur noch unter Umständen auch für die spätere Raumstation „Gateway“ vorgesehen ist – die als Zwischenstopp zum Mond dienen soll. Sehr viel wahrscheinlicher ist, dass die Station einen anderen Orbit mit dem Namen „NRHO“ (Near-Rectilinear Halo Orbit) wählen wird. Das ist eine exzentrische Umlaufbahn, die das Gateway 70.000 Kilometer weit weg vom Mond führen wird – und bis auf wenige tausend Kilometer an ihn heran. Innerhalb einer Woche führt der Orbit von Süd- zu Nord und wieder zu Südpol des Mondes, wo eine Basis aufgebaut werden soll. Dabei hätte man fast ständig Kontakt mit der Erde. Allerdings muss die Station im NRHO die Bahn immer wieder korrigieren. Der Energieverbrauch hält sich indes sehr in Grenzen.

Wann endet die Mission?

Wenn alles nach Plan läuft, wird die Artemis-I-Mission nach 42 Tagen am 10. Oktober ihr Ende finden. Nachdem man den DRO verlassen hat, wird erneut die Schwerkraft des Mondes und das Triebwerk des Service-Moduls genutzt. Noch einmal nähert man sich der Oberfläche unseres Trabanten bis auf etwa 100 Kilometer und steuert dann die Erde an. 42 Minuten vor der Landung und 20 Minuten vor dem Eintritt in die Atmosphäre ist das Raumschiff 5000 Kilometer von der Erde entfernt ist. Das ESM wird dann bei rund 40.000 km/h abgekoppelt und verglüht über den Pazifik in der Atmosphäre. Die Orion-Kapsel aber wird von der irdischen Lufthülle abgebremst – und durch Reibung auf 2800 Grad Celsius erhitzt. Dabei bricht der Funkkontakt zweimal ab. Mit der Hilfe einer Reihe von Fallschirmen wird Orion danach immer langsamer und landet am Ende sanft im Pazifik. Vor der Küste Kaliforniens, wo die Kapsel dann geborgen wird.

Was sind kritische Momente?

Weil die Mission ein Test ist, kann jeder Moment kritisch sein. Artemis muss der Belastung bei „Max Q“ standhalten. Zudem müssen die Triebwerke aller Stufen und des ESM zur vorgegebenen Zeit zünden und mit der geplanten Schubkraft. Sonst können einige Missionsziele nicht erreicht werden oder die Kapsel verfehlt ihren Kurs. Im schlimmsten Fall geht sie im Weltraum verloren. Der Raum für Fehler ist klein. Zumal man viermal jeden Kontakt zur Kapsel für ein bis maximal zwei Stunden verlieren wird. Beispielsweise, wenn das Raumschiff nahe des Mondes beschleunigt, um in den DRO einzufliegen – oder auch bei der Beschleunigungsphase, um zur Erde zurückzukehren.

Was ist mit dem Gateway?

Das Gateway soll im November 2024 aufgebaut werden – mit der Hilfe von Elon Musks Weltraumunternehmen SpaceX: Heavy-Falcon-Raketen sollen die Basis-Module der Station in eine Mondumlaufbahn transportieren. Auch die europäische, kanadische und japanische Weltraumorganisationen Esa, CSA und Jaxa sind beim Gateway Partner der Nasa.

Wenn alles nach Plan läuft, wird das Unternehmen danach die Landefähre HLS (Human Landing System oder Bemanntes Lande-System) auf Basis des SpaceX-Starships in eine Erdumlaufbahn bringen, wo die Rakete betankt und zum Gateway geschickt wird. Bei der Artemis-III-Mission voraussichtlich im Jahr 2025 werden dann vier Raumfahrer zu der lunaren Station fliegen. Eine Frau und ein nicht-weißer Astronaut wechseln dort in die Landefähre und setzen auf dem Mond auf, wo sie eine Woche lang bleiben werden – um zu forschen und zukünftige Missionen vorzubereiten. Danach kehren sie zum Gateway zurück. Die gesamte Crew setzt wieder in die Orion-Kapsel um und fliegt zur Erde.

Sollte die Station nicht fertig sein, kann die Artemis-III-Besatzung alternativ auch direkt an das HLS in einer Mondumlaufbahn ankoppeln und die zwei Raumfahrer werden landen. Nach einer Woche kehren sie dann zur Orion-Kapsel zurück und starten zum Heimflug.

Warum gibt es Kritik am Artemis-Programm?

Sowohl aus der Politik als auch aus der privaten Raumfahrt gibt es deutliche Kritik an den Kosten. Eine Artemis-Mission - so wie der Start am 29. August - kostet 4,1 Milliarden US-Dollar. Das sagte der vom US-Senat eingesetzte Generalinspekteur der Nasa, Paul Martin, Anfang des Jahres vor dem zuständigen Unter-Ausschuss. Und darin sind noch nicht die Entwicklungs- und Projektkosten enthalten. Insgesamt soll das Artemis-Programm von 2012 bis 2025 mit rund 93 Milliarden US-Dollar zu Buche schlagen. Das ist verbunden mit Kritik am Missmanagement und der ineffizienten Verwaltung der Nasa. Peter Beck, Chef des privaten Raumfahrtunternehmens Rocket Lab, machte im Gespräch mit dem Nachrichtenportal „Mashable“ seinem Ärger Luft: „Ich weiß, was ich mit 4,1 Milliarden US-Dollar erreichen könnte. Und das wäre eine Menge.“

Dazu kommt die Sorge, dass die Nasa angesichts der hohen Kosten ihre Ziele wie eine Mondbasis oder Mars-Mission nicht erreichen könne. Zumal der gesamte Zeitplan für Kritiker überambitioniert erscheint. Das „Starship“ beispielsweise von SpaceX ist bislang kaum über die Prototypen-Phase hinaus und soll dennoch die Basis für ein System sein, dass bereits in drei Jahren Menschen sicher auf die Mondoberfläche bringen und wieder starten lässt. Als realistischer für eine Landung sehen einige Experten den Zeitraum zwischen 2026 bis 2028 an.

Der Start lässt sich am Montag ab 12.30 Uhr live verfolgen über Esa Web TV

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