Autorin: Juno Legat
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Der vierte Workshop der Science Academy, der am 9. Mai stattfand, begann mit einem informativen Vortrag über die Bedingungen für Mondlandungen, Eigenschaften der Mondoberfläche und wichtige Kriterien bei der Auswahl geeigneter Landeplätze. Gehalten wurde der Vortrag von Georg Blüthner und Fabian Weichbold. Georg Blüthner ist Scientist am Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. In der Weltraumplasmaphysik-Gruppe beschäftigt er sich damit, wie das Magnetfeld der Erde mit dem Sonnenwind interagiert, um mögliche Gefahren für Satelliten und die Erde besser verstehen zu können.
Fabian Weichbold arbeitet ebenfalls als Scientist am selben Institut. Als Teil der Forschungsgruppe Planetenphysik beschäftigt er sich hauptsächlich mit der Physik der oberen Atmosphäre, um Rückschlüsse auf die Entwicklung von Planeten ziehen zu können.
Der Vortrag
Der Vortrag entpuppte sich als kurze Einführung in die Welt der wichtigsten Instrumente, die bei Mondmissionen fungieren. Dazu auch, welche Informationen sie uns liefern, wie sie verschiedene Daten verarbeiten und liefern, und was es besonders zu Beachten gilt. Es wurde auch erläutert, dass, um eine geeignete Stelle für eine hypothetische Mondstation zu finden, sehr viele Kriterien beachtet, und die Oberfläche des Trabanten genau analysiert werden müssen. Wichtig miteinzubeziehen ist, was bis jetzt über den Mond bekannt ist; aber eben auch, was es noch zu klären und genauer zu betrachten gibt. Das Ganze muss natürlich – bevor überhaupt daran gedacht werden kann, nach einem wirklichen Landeplatz zu suchen – aussortiert werden.
Des Weiteren wurde Regolith und andere Mondgesteine besprochen, und wie sie die Konditionen zum Landen beeinflussen. Dazu, dass Regolith eine relativ große Gefahr für Landungen darstellt, da es eine hohe Porosität besitzt und bei Druck schnell starke Reibung auftritt. Herausgefunden wird das durch Seismische Verfahren. In jenen werden seismische Wellen (kleine Erschütterungen) verwendet, um zu sehen welche Verschiedenen Gesteinsarten zu finden sind. Das kann man anhand der Art, wie die Wellen sich verhalten, nachdem sie auf das Gestein treffen, verhalten.
Auch wurde über die Temperaturen am Mond informiert. Auf der Nearside, also der Erdzugewandten Seite, sind es ungefähr 280 bis 400 Grad Kelvin. (ca. 10-180 Grad Celsius). Jedoch auf der Farside, der Erdabgewandten Seite, sind dass 100 Grad Kelvin. Das entspricht -175 Grad Celsius. Folglich gibt es unglaublich große Schwankungen zwischen den Temperaturen. Am Mond ist die Global Thermal Inertia niedrig, was zur Folge hat, dass Materialien schnell reagieren.
In 1 Meter tiefe, sieht es mit -20 bis -30 Grad Celsius schon ganz anders aus.
Dann wurden die Magnetfelder von beiden, Erde und Mond, oder eher dem Kern des Mondes, erläutert. In Zweiterem befindet sich flüssiges Metall im Kern, hauptsächlich Eisen und Nickel. Der Kern steht nicht still, sondern bewegt sich. Das nennt sich Konvektion. Durch die Rotation werden die Strömungen (freifließende Elektronen von Eisen und Nickel, also geladene Teilchen) im Mondinneren spiralförmig verdreht. Mit der Bewegung der geladenen Teilchen wird elektrischer Strom erzeugt, und daraus ist das Magnetfeld entstanden. Jedoch heute gibt es keine Bewegungen im Kern mehr, da der Gradient zu klein wurde.
Letztlich wurden auch Instrumente erwähnt. Zum Beispiel, die Kamera. Es gibt zwei Arten, die aktive und die passive Kamera. Erstere hat einen hohen Stromverbrauch, und strahlt Energie aus, um Ziele zu beleuchten. Zweitere hat einen geringeren Energieverbrauch und erfasst nur Strahlung/Licht, das aus der Umgebung reflektiert wird, was sie bei schlechten Lichtverhältnissen komplett unwirksam macht.
Gruppenarbeit
Anschließend gingen wir über zu den Gruppenarbeiten, welche wir im letzten Workshop schon grob behandelt hatten, über. In den Verschiedenen Gruppen wurden und werden die wichtigsten Arbeitsschritte, Instrumente, Kalkulationen, und Pläne ausgearbeitet. Des Weiteren wird sich gerade auf den ersten Teil, die Satelitenmission, konzentriert. Geformt wurden die Gruppen
Die Instruments Gruppe befasste sich mit den verschiedenen Apparaturen, die für die Satelitenmission nötig sind. Außerdem hatten sie die Aufgaben, herauszufinden, welche Messinstrumente optimal oder angebracht wären, welche Kühlsysteme nötig wären und wie sich das Ganze mit der Nutzlast ausgeht. Sie berechneten das Gewicht aller Messvorrichtungen und fanden Einen weg, alles auf dessen einzelne Temperaturbedürfnisse abzustimmen.
Die Scientifics Gruppe definierte Missionsziele und setzte Kriterien fest, die erfüllt werden müssen, um diese Ziele möglichst effizient erreichen zu können.
In der Communications Gruppe wurden Standorte für die Kommunikation und Kontrolle des Satelitenmission ausgekundschaftet.
In der Gruppe Mission Analytics wurden die optimale Flugbahn ermittelt und ebenso, wie das ganze mit der Nutzlast zusammenspielt.
In der Programmatics Gruppe wurden alle Ergebnisse niedergeschrieben und in die Phasen 0-F eingeteilt.
– Bedarfsanalyse (Phase 0)
– Konzept- und Technologieentwicklung (Phase A)
– Vorläufiger Entwurf (Phase B)
– Finaler Entwurf und Entscheidung (Phase C)
– Bau und Tests (Phase D)
– Start und Inbetriebnahme (Phase E)
– Kontrollierte Entsorgung (Phase F)
Ergebnisse
Als Trägerrakete wird die Ariane 64 mit einer Nutzlastkapazität von 8,6 Tonnen genutzt, und der Start ist vom Kuru-Startzentrum in Französisch-Guiana geplant. Entschieden wurde sich für einen zirkularen, polaren Orbit um den Mond.
Des Weiteren wurden die optimalen Messinstrumente herausgefunden, welche Instrumente optimal sind. Verwendet werden, sollen: Der M3 Moon minerology mapper kann auf bestimmte Mineralien zurückschließen. Mit einer Größe von 500mm x 500mm x 500mm und 8,3kg Gewicht. Er lässt uns die Topologie und Mineralogie untersuchen.
Kameras:
Die COCA: COCA ist ein passiver Reflektionsbildgeber.
Erfasst lediglich das Sonnenlicht, das von der Oberfläche des Kometen reflektiert wird.
Verschiedene Materialien (Eis, Silikate, organische Stoffe) unterschiedliche Lichtmengen bei unterschiedlichen Wellenlängen reflektieren.
Die COCA hat ein Farbfiltersystem, welches verschiedene Filter vor das Gerät gibt, die die Stärke und Wellenlänge der Strahlung interpretiert.
Ihre Maße sind 350mm x 250mm x 200mm und 13,5 kg.
Dann ist da noch Janus: eine Stereokamera mit den Maßen: 600mm x 500mm x ~400mm und 17,0 kg.
Andere Messgeräte:
Letztlich:
Das Delta Differential One-way Ranging (ΔDOR) ist bekannt als das derzeit präzisestes Verfahren zur Positionsmessung.
Prinzip: Zwei große Antennen auf der Erde empfangen gleichzeitig das Radiosignal der Raumsonde. Wenn das Signal bei einer Antenne minimal früher ankommt als bei der anderen, kann man daraus die genaue Richtung zur Sonde bestimmen. Problematischer Weise ist es nur verwendbar, bei direktem Sichtkontakt zur Erde.
Danke an alle für die Unterstützung!
Über die Autorin:
Juno Legat, 14 Jahre alt. Besucht das Bundesgymnasium Babenbergerring. In der Freizeit spielt sie Geige, ist Pfadfinderin bei der Gruppe Gloggnitz, und beschäftigt sich mit Quantenoptik und diversen anderen Themen.
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Planning the Satellite Mission
The fourth workshop of the Science Academy, held on May 9th, began with an informative presentation on landing conditions, a.k.a. The Moon, its properties, and criteria for landing sites, by Georg Blütner and Fabian Weichhold. Georg Blütner is a scientist at the Space Research Institute of the Austrian Academy of Sciences. In the Space Plasma Physics group, he investigates how the Earth’s magnetic field interacts with the solar wind to better understand potential future hazards to satellites and Earth. Fabian Weichhold is also a scientist at the same institute as his colleague. As part of the Planetary Physics in the Solar system research group, he focuses primarily on the physics of the upper atmosphere to make predictions about planetary evolution.
The Lecture
The presentation turned out to be a brief introduction to the world of the most important instruments used in lunar missions. It covered the information they provide, how they process and deliver various data, and what is particularly important to consider. It was also explained that finding a suitable location for a hypothetical lunar base requires considering numerous criteria and thoroughly analyzing the lunar surface. It’s crucial to incorporate what is currently known about the Moon, as well as what still needs to be clarified and examined more closely. All of this information must be sifted through before even considering the search for an actual landing site.
Furthermore, regolith and other lunar rocks were discussed, along with their impact on landing conditions. Regolith poses a significant hazard for landings due to its high porosity, which leads to rapid and intense friction under pressure. This is determined through seismic methods. These methods utilize seismic waves (small tremors) to identify the different types of rock present. This can be determined by observing how the waves behave after encountering the rock.
Information was also provided about lunar temperatures. On the nearside, the side facing Earth, the temperature is approximately 280 to 400 Kelvin (about 10-180 degrees Celsius). However, on the farside, the side facing away from Earth, it is 100 Kelvin, which corresponds to -175 degrees Celsius. Consequently, there are incredibly large temperature variations. The Moon has low global thermal inertia, which means that materials react quickly.
At a depth of 1 meter, the temperature is quite different, ranging from -20 to -30 degrees Celsius.
Then the magnetic fields of both Earth and the Moon, or rather the Moon’s core, were explained. The Moon’s core contains liquid metal, primarily iron and nickel. The core is not stationary but constantly moving. This is called convection. Due to the rotation, the currents (free-flowing electrons from iron and nickel, i.e., charged particles) in the Moon’s interior are twisted into spirals. The movement of these charged particles generates an electric current, and this is how the magnetic field originates. However, today there is no more movement in the core because the gradient has become too small.
Finally, instruments were also mentioned. For example, the camera. There are two types: active and passive cameras. The former has high power consumption and emits energy to illuminate targets. The latter has lower power consumption and only captures radiation/light reflected from the environment, making it completely ineffective in low-light conditions.
Group Work
We then moved on to the group work, which we had already briefly discussed in the last workshop. In the various groups, the most important work steps, instruments, calculations, and plans were and are being developed. Furthermore, the focus is currently on the first part, the satellite mission. The groups were formed:
The Instruments group dealt with the various pieces of equipment needed for the satellite mission. Furthermore, they were tasked with determining which measurement instruments would be optimal or appropriate, which cooling systems would be necessary, and how everything would work with the payload. They calculated the weight of all measuring devices and found a way to tailor everything to its individual temperature requirements.
The Scientifics group defined mission objectives and established criteria that had to be met to achieve these objectives as efficiently as possible.
The Communications group scouted locations for communication and control of the satellite mission.
The Mission Analytics group determined the optimal trajectory and how it interacts with the payload.
All results were documented in the Programmatics group.
The Ariane 64 rocket, with a payload capacity of 8.6 tons, will be used as the launch vehicle, and the launch is planned from the Kuru Launch Center in French Guiana. A circular, polar orbit around the Moon has been chosen.
Furthermore, the optimal measuring instruments have been determined. The following will be used:
The M3 Moon mineralogy mapper can identify specific minerals. Measuring 500mm x 500mm x 500mm and weighing 8.3kg, it allows us to study topology and mineralogy.
Cameras:
It only detects sunlight reflected from the comet’s surface. Different materials (ice, silicates, organic matter) reflect different amounts of light at different wavelengths.
The COCA has a color filter system that places various filters in front of the device, interpreting the intensity and wavelength of the radiation.
Its dimensions are 350 mm x 250 mm x 200 mm and it weighs 13.5 kg.
Other measuring devices:
ΔDOR
Delta Differential One-way Ranging (ΔDOR) is known as the most precise method currently available for position measurement.
Principle: Two large antennas on Earth simultaneously receive the radio signal from the spacecraft. If the signal arrives at one antenna slightly earlier than the other, the exact direction to the spacecraft can be determined. Unfortunately, it is only usable with a direct line of sight to Earth.
Thank you to everyone for your support.
About the Author:
Juno Legat, 14 years old. Attends the Babenbergerring Federal Gymnasium. In her free time, she plays the violin, is a Girl Scout with the Gloggnitz group, and is interested in quantum optics and various other topics.
