Autor: Lorenz Rotteneder
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Der 3. Workshop begann mit einem sehr interessanten Vortrag von Günter Kargl über Raummissionen. Günter Kargl ist „Senior Scientist“ am Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Er betreibt dort das Oberflächenlabor zur Simulation von Oberflächeneigenschaften von interplanetaren Kleinkörpern und Planeten. Im Rahmen seiner Tätigkeit war er auch an Weltraumissionen der ESA und NASA beteiligt. In diesem Vortrag ging er besonders darauf ein, wie eine Weltraummission geplant wird und welche Herausforderungen es bei dieser geben kann. Eines der größten Probleme bei einer Mission im Weltraum stellt meistens die Temperatur dar. Da im Weltraum ein nahezu perfektes Vakuum herrscht, gleicht sich Wärme nicht so wie auf der Erde aus, sondern bleibt „gefangen“. Elektronische Geräte funktionieren aber nur maximal von -40 °C bis 120 °C effektiv. Deshalb werden aktive und passive Kühlungssysteme oder Heizsysteme benötigt. Das ist unterschiedlich, je nachdem, wie weit man von der Sonne entfernt ist. Die Menge an Sonnenenergie, welche auf eine Raumsonde trifft, lässt sich mit folgender Formel berechnen:
S=Ls/(4πr2)
S = Sonnenenergie auf der Raumsonde in W/m2
Ls= Energie, welche die Sonne als elektromagnetische Strahlung abgibt in W
r = Wie weit man von der Sonne entfernt ist in m
Eine Weltraummission besteht aus viel mehr als nur einer Rakete und Treibstoff.
Doch um all das in einem geordneten und effizienten Prozess zu erreichen, braucht es auch eine geordnete Planung der Mission. Damit das Thema Weltraummissionen planen etwas greifbarer wird, ist es nun an uns, solch eine hypothetische Mission auszuarbeiten. So können wir erleben, wie komplex allein die Planung ist. Doch bevor wir diese Mamut-Aufgabe angehen, brauchen wir zunächst eine Stärkung beim lokalen Wirten.
Man beginnt bei der Phase 0. Diese umfasst das grundlegende Ziel der Mission, also die Versuche oder Messungen, die man durchführen möchte.
Typische Gründe für eine Mission sind wissenschaftlicher Versuch, besonders im Bereich der Evolution und der Entstehung der Objekte.
Oft werden auch die Komposition und die Chemie geologischer Objekte analysiert. Die Geologie, Topografie und der thermale Status sind ebenfalls oftmals untersucht. Dies hat unsere wissenschaftliche Zielsetzung auch wesentlich geprägt. Ganz essenziell ist es, seine Ziele zu beschränken. Zu viele Ziele führen schnell zu Chaos und machen eine Budgetüberschreitung fast unvermeidlich.
Wir haben uns darauf geeinigt, eine Mission für topografische, geologische und botanische Versuche zu planen. Ein weiteres Ziel ist ein geschlossener Rohstoffkreislauf des botanischen Versuches.
Als Nächstes folgt in der Planung der Mission ein etwas konkreterer Schritt. Die Gruppe wird in kleine Arbeitsgruppen von etwa 6 Personen aufgeteilt, welche dann jeweils einen Teil der Mission ausarbeiten. Diese Unterbereiche sind, welche Messgeräte benötigt werden, wo die Landung am Mond passieren soll, welche Trägerrakete verwendet wird und wie die Datenverarbeitung und Energieversorgung funktionieren sollen. Wichtig bei dieser Aufgabe war vor allem eine klare Kommunikation zwischen den verschiedenen Kleingruppen. Günter Kargl stand uns bei Fragen immer zur Verfügung und half uns dabei, von den Massen an Möglichkeiten nicht erschlagen zu werden.
Nach intensiver Recherche hatte dann am Ende des Tages jede Gruppe einen groben Plan, was diese verwenden werden, beziehungsweise was diese machen werden. Die Gruppe Messgeräte hatte zum Beispiel ausgearbeitet, dass für die Topografie-Messungen die Kamera JANUS verwendet wird, welche bereits bei der realen Mission Europa Clipper exzellente Dienste geleistet hat. Zur Analyse der Mineralien am Mond wurde entschieden, das Spektrometer M3 zu verwenden. Dieses misst die Sonnenstrahlen, welche vom Mond reflektiert werden, und kann durch die verschiedene Menge an Absorption bestimmen, welche Gesteine vorliegen. Ebenfalls wird ein Thermal-Radiometer, nämlich das Diviner, an Bord sein, um die Temperatur am Mond messen zu können. Der Orbit des Satelliten um den Mond ist auf 100 km festgelegt. Das hat enorme Auswirkungen auf die Planung der restlichen Schritte.
Der Landepunkt am Mond, welcher sich in der Nähe eines Kraters befindet, wurde ebenfalls fixiert. Der Typ der Trägerrakete und die Menge an maximal übertragbaren Daten wurden auch schon ausgearbeitet.
All diese Ergebnisse der Kleingruppen wurden als Abschluss des Workshops von den jeweiligen Gruppen vorgetragen. Genauere Planung, besonders in Bezug auf die Mondstation, wird dann in den folgenden Workshops sowie der Sommerwoche bearbeitet.
Der Workshop war außerordentlich spannend und vor allem der „Hands On“ -Bezug hat uns allen sehr gefallen. Vielen Dank an Günter Kargl für seine Unterstützung.
Über den Autor:
Lorenz Rotteneder ist 17 Jahre alt und zurzeit Schüler an der HLUW Yspertal. In seiner Freizeit spielt er gerne Volleyball, geht Klettern und engagiert sich bei der Debattenschmiede.
The 3rd workshop began with a very interesting talk by Günter Kargl on space missions. Günter Kargl is a Senior Scientist at the Institute for Space Research of the Austrian Academy of Sciences. There, he runs the surface laboratory for simulating surface properties of interplanetary small bodies and planets. In the course of his work, he has also been involved in space missions for ESA and NASA. In this talk, he focused particularly on how a space mission is planned and what challenges can arise. One of the biggest problems with a mission in space is usually temperature. Since space is a near-perfect vacuum, heat does not dissipate the way it does on Earth, but instead remains “trapped.” Electronic devices only function effectively between −40 °C and 120 °C. Therefore, active and passive cooling or heating systems are required. These vary depending on how far one is from the Sun. The amount of solar energy hitting an object in space can be calculated using the following formula:
S = Ls/(4πr2)
S = Solar energy at the object in Space in W/m2
Ls = Energy emitted by the sun in W
r = distance from sun in m
A space mission consists of much more than just a rocket and fuel:
But to achieve all of this in an orderly and efficient process, a well-structured mission plan is also needed.
To make the topic of planning space missions more tangible, it was now up to us to work out such a hypothetical mission. This allowed us to experience just how complex even the planning stage can be. But before tackling this challenge, we first needed some refreshments at the local restaurant.
One starts with Phase 0. This covers the fundamental goal of the mission — the experiments or measurements one wishes to carry out.
Typical reasons for a mission include scientific experiments, particularly in the areas of evolution and the formation of objects. The composition and chemistry of geological objects are also frequently analysed. Geology, topography, and thermal status are likewise often studied. This has significantly shaped our scientific objectives as well. It is absolutely essential to limit one’s goals. Too many objectives quickly lead to chaos and make a budget overrun almost inevitable.
We agreed to plan a mission for topographic, geological, and botanical experiments. A further goal is a closed resource cycle for the botanical experiment.
Next came a somewhat more detailed step in the mission planning. The group was divided into small working groups of about 6 people, each of which would develop one part of the mission. These sub-areas covered: which measuring instruments are needed, where the Moon landing should take place, which launch vehicle will be used, and how data processing and energy supply are needed. Clear communication between the different small groups was particularly important in this task. Günter Kargl was always available to answer questions and helped us avoid being overwhelmed by the sheer number of possibilities.
After intensive research, each group had a rough plan by the end of the day, outlining what they would use and what they would do. The instruments group, for example, worked out that the JANUS camera would be used for topography measurements. This camera has already performed excellently on the real Europa Clipper mission. For analysing minerals on the Moon, it was decided to use the M3 spectrometer. This measures the sunlight reflected from the Moon and can determine which types of rock are present based on varying levels of absorption. A thermal radiometer (the Diviner) will also be on board to measure the temperature on the Moon. The satellite’s orbit around the Moon has been set at 100 km. This has a significant impact on the planning of the remaining steps. The landing site on the Moon, located near a crater, was also fixed. The type of launch vehicle and the maximum amount of data that can be transmitted were also worked out.
All these results from the working groups were presented by the respective groups at the close of the workshop. More detailed planning, particularly regarding the Moon station, will be carried out in the following workshops and the summer week.
The workshop was extremely exciting and above all the “hands-on” approach was very much appreciated by all of us. Thank you Günter Kargl for your support.
About the author:
Lorenz Rotteneder is 17 years old and currently a student at HLUW Yspertal. In his free time, he enjoys playing volleyball, climbing, and participating in the Debattenschmiede debate club.
