Raumschiff gestartet: China greift nach Mondgestein

Start geglückt: Rakete und Raumschiff heben ab

China ist erneut auf dem Weg zum Mond! Es wird einer von Chinas bisher schwierigsten Raumflügen: Ein Raumschiff soll erstmals seit 40 Jahren wieder Mondgestein zur Erde bringen. Die Mission gilt als Chinas Wegbereiter für den Mars.

China hat ein unbemanntes Raumschiff auf den Weg zu einer Landung auf dem Mond gebracht. Bei dem Flug sollen erstmals seit mehr als vier Jahrzehnten wieder Gesteinsproben zur Erde geholt werden. Die Rakete vom Typ „Langer Marsch 5“ hob am frühen Dienstagmorgen (Ortszeit) vom Raumfahrtbahnhof in Wenchang auf der südchinesischen Insel Hainan ab. Das nach der chinesischen Mondgöttin „Chang’e“ benannte Raumschiff soll voraussichtlich am Sonntag einen Lander auf den Mond bringen, der Gestein und Bohrproben einsammelt.

Bei einer erfolgreichen Rückkehr wäre China nach den USA und der Sowjetunion in den 1960er und -70er Jahren die dritte Raumfahrtnation, der ein solches Vorhaben gelingt. Das Raumschiff soll in dem nach dem deutschen Astronomen Karl Rümker (1788-1862) genannten Vulkangebiet landen. Es liegt im „Ozean der Stürme“ im oberen, linken Teil der erdzugewandten Seite des Mondes.

Zwei Wochen Zeit

Die Mission gilt als eine der kompliziertesten, die Chinas Raumfahrt jemals unternommen hat: Erstmals würde eine chinesische Aufstiegsstufe wieder vom Mond starten, Gesteinsproben mitnehmen und ein Docking-Manöver im Orbit des Erdtrabanten vornehmen, bevor die Rückkehrkapsel zur Erde zurückfliegt. Das Landemodul kann nur einen Mondtag – etwa 14 Erdtage – auf der Mondoberfläche bleiben, da es nicht beheizbar ist und den eiskalten Nächten nicht widerstehen kann.

Das 8200 Kilogramm schwere Raumschiff besteht aus vier Modulen: Dem Orbiter mit der Rückkehrkapsel sowie dem Lander mit der Aufstiegsstufe. Nach dem Aufsetzen auf der Mondoberfläche soll das Landegerät mit einem langen Arm rund zwei Kilogramm Mondgestein und auch Proben aus Bohrungen bis zu zwei Meter Tiefe zusammentragen und in einer Kammer verstauen.

Forscher erhoffen sich von den Proben wichtige neue Erkenntnisse über die vulkanische Aktivität und die Geschichte bzw. Entstehung des Mondes. Die Apollo-Missionen der USA hatten rund 380 Kilogramm Mondgestein mitgebracht. Die Sowjetunion sammelte insgesamt 300 Gramm ein – zuletzt mit der unbemannten „Luna 24“-Mission 1976, als rund 170 Gramm Mondstaub zur Erde gebracht wurden.

Der Griff nach dem Mars?

Verläuft die Mission erfolgreich, wäre sie ein großer Fortschritt für das chinesische Raumfahrtprogramm. Nach Ansicht mancher Experten könnte sie den Weg für eine ähnliche Mission zum Mars bereiten oder auch für eine bemannte Mondmission.

Der Astronom Jonathan McDowell vom Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik verwies darauf, dass China mit den Missionen „Chang’e 3“ und „Chang’e 4“ bereits zwei Mal auf dem Mond gelandet sei. Mit einer „Chang’e 5“-Testmission habe es 2014 bewiesen, dass es zurück zur Erde navigieren und eine Kapsel dort landen lassen kann. Nun müsse es nur noch zeigen, dass es auf dem Mond Proben nehmen und von dort wieder starten kann. „Deshalb bin ich ziemlich optimistisch, dass China das durchziehen kann“, sagte McDowell.

China verfolgt ein ehrgeiziges Raumfahrtprogramm mit Missionen zum Mond und Mars sowie dem Aufbau einer eigenen Raumstation. Im Januar 2019 landete China als erste Raumfahrtnation mit „Chang’e 4“ auf der relativ unerforschten erdabgewandten Seite des Mondes. Es wurde ein Rover ausgesetzt, der weiter die Oberfläche erforscht.

Quelle: https://www.tagesschau.de/ausland/china-raumschiff-101.html

„Chang’e 5“: China fliegt zum Mond, um Gesteinsproben zu holen

China wäre das dritte Land, das jemals geschafft hat, Proben vom Mond zur Erde zu bringen.

China bereitet einen Flug zum Mond vor, bei dem ein Modul landen und mit Gesteinsproben wieder zur Erde gebracht werden soll. Eine Rakete vom Typ „Langer Marsch 5“ wurde am Dienstag auf die Startrampe des Raumfahrtbahnhofes in Wenchang auf der Insel Hainan gebracht, wie Staatsmedien berichteten.

Bei einer erfolgreichen Rückkehr mit Proben wäre China nach den USA und der Sowjetunion in den 1960er- und 1970er-Jahren erst die dritte Raumfahrtnation, der dieses Vorhaben gelingt.

Start in einer Woche

Der Start des nach der chinesischen Mondgöttin „Chang’e 5“ benannten Raumfahrzeugs wird von US-Experten am kommenden Dienstag erwartet, ist aber offiziell nur für „Ende November“ angekündigt.

Es wird eine der kompliziertesten Missionen, die Chinas Raumfahrt bisher unternommen hat: Erstmals würde ein chinesisches Landegerät wieder vom Mond starten, Gesteinsproben mitnehmen und ein unbemanntes Docking-Manöver im Orbit des Erdtrabanten vornehmen, bevor das Raumschiff mit hoher Geschwindigkeit wieder zur Erde zurückfliegt.

Nachdem eine solche Rakete im Juli die Marssonde „Tianwen-1“ auf den Weg gebracht hatte, wäre es der zweite reguläre Einsatz des leistungsstarken, mehr als 800 Tonnen schweren Typs „Langer Marsch 5“. Anfangs gab es Probleme mit der Rakete, die zu einer Verschiebung der Mondmission um drei Jahre geführt hatten.

Quelle: https://futurezone.at/science/china-fliegt-zum-mond-um-gesteinsproben-zu-holen/401100204

Flie­gen­de Stern­war­te SO­FIA ent­deckt Was­ser­mo­le­kü­le auf dem Mond

Viel ist es nicht – als habe man eine 0,33-Liter-Getränkedose auf einem Fußballfeld verteilt. Dennoch ist der Fund der fliegenden Sternwarte „Sofia“ spannend: Auf der Mondoberfläche gibt es Wasser.

This illustration highlights the Moon’s Clavius Crater with an illustration depicting water trapped in the lunar soil there, along with an image of NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) that found sunlit lunar water.
Credits: NASA

Im Hangar von Lufthansa Technik am Hamburger Flughafen steht in diesen Tagen ein einzigartiges Flugzeug zur turnusmäßigen Durchsicht: Die fliegende Sternwarte „Sofia“, eine 43 Jahre Boeing 747SP, wird bis Anfang kommenden Jahres in Fuhlsbüttel gewartet.

Das Besondere an der Maschine ist, dass sie in ihrem Inneren ein Infrarotteleskop und andere wissenschaftliche Gerätschaften trägt. Mit ihnen lässt sich bei Forschungsflügen weit hinaus ins All schauen, jenseits des störenden Wasserdampfes in der Erdatmosphäre. Dazu wird eine große Tür an der Seite des Jets geöffnet, durch die das 2,7-Meter-Teleskop nach draußen sehen kann.

Die fliegende Sternwarte ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-Weltraumbehörde Nasa und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Seit Jahren steht sie aber immer wieder in der Diskussion. Die Amerikaner haben mehrfach gedroht, sich aus dem Projekt zurückzuziehen. Aus ihrer Sicht war der wissenschaftliche Output in Form von Publikationen nicht überzeugend genug.

Am Montag verkündete die Nasa nun jedoch auf einer recht kurzfristig angesetzten Pressekonferenz eine – wie sie vorab warb – „aufregende neue Entdeckung“, die ohne „Sofia“ nicht ohne weiteres möglich gewesen wäre. Ein Team um Casey Honniball vom Goddard Space Flight Center der Nasa in Greenbelt (US-Bundesstaat Maryland) hat demnach bereits bei einem Messflug am 31. August 2018 molekulares Wasser auf der Oberfläche des Mondes nachgewiesen – und zwar auch in Bereichen des Erdtrabanten, die von der Sonne beschienen werden. Die „Sofia“-Messungen fanden damals am Krater Clavius im südlichen Hochland des Mondes statt. Er hat einen Durchmesser von etwa 225 Kilometer und ist damit der zweitgrößte Krater, den man von der Erde aus sehen kann.

Zukünftige Missionen könnten sich für das Wasser interessieren

Die Forscher berichten auch im Fachmagazin „Nature Astronomy“ über ihre Entdeckung. Dort hatte man das entsprechende Manuskript bereits im vergangenen November erhalten, aber erst jetzt veröffentlicht. Möglicherweise gab es Überarbeitungswünsche durch die wissenschaftlichen Gutachter der Zeitschrift. Der Artikel berichtet nun von Wassermolekülen, die in winzigen Glaskügelchen und zwischen den Körnern des Mondstaubs eingeschlossen sind. Die Konzentration der Moleküle ist niedrig – 100 bis 400 von ihnen kommen auf eine Million andere Moleküle auf der Oberfläche. Und doch: Das Wasser ist da, auch bei Temperaturen von bis zu 120 Grad Celsius.

„Die Menge an Wasser, die ‚Sofia‘ entdeckt hat, entspricht etwa dem Inhalt einer 0,33-Liter-Getränkedose, verteilt über die Oberfläche eines Fußballfeldes“, erklärt Alessandra Roy, „Sofia“-Projektwissenschaftlerin im DLR Raumfahrtmanagement, die nicht an Honniballs Forschungen beteiligt war. „Der Mond bleibt damit trockener als die Wüsten auf der Erde, aber die gefundene Wassermenge könnte immer noch wichtig für zukünftige astronautische Weltraumissionen werden.“

„Wir wissen noch nicht, ob wir es als Ressource nutzen können, aber das Wissen über das Wasser auf dem Mond ist der Schlüssel für unsere ‚Artemis‘-Erkundungspläne“, twitterte Nasa-Chef Jim Bridenstine zur Verkündung der Ergebnisse.

Die US-Weltraumbehörde hat angekündigt, bis zur Mitte des Jahrzehnts wieder mit Menschen auf den Mond zurückkehren zu wollen. Derzeit laufen zahlreiche Ausschreibungen für die nötige Technik, die auch von Privatfirmen eingekauft werden soll. Wie es mit dem entsprechenden „Artemis“-Programm weitergeht, wird auch der Ausgang der Präsidentschaftswahl entscheiden. Mit einem möglichen Regierungswechsel könnte – wie es in der Vergangenheit bereits mehrfach passiert ist – die Arbeit der Weltraumbehörde neu ausgerichtet werden.

Es ist nicht ganz klar, warum das Wasser noch da ist

Unabhängig davon zieht es aber zum Beispiel die Chinesen auf den Mond, auch Russland vermeldet langfristig entsprechende Pläne.

Und wer immer auf dem Erdtrabanten landet, wird sich darum bemühen, die dort existierenden Ressourcen für die Mission zu nutzen – weil der Frachttransport von der Erde extrem teuer ist. Wasser wäre nicht nur für Astronauten interessant, sondern auch als Raketentreibstoff, wenn man vom Mond weiter hinaus ins Sonnensystem fliegen will.

Bereits seit gut zehn Jahren gibt es Hinweise darauf, dass der Mond nicht so staubtrocken ist, wie man vermuten könnte. Entsprechende Beobachtungen haben die Raumsonden „Chandrayaan-1“, „Deep Impact“ und „Cassini“ gemacht. Allerdings war es in diesen Messungen nicht einfach möglich, zwischen Wassermolekülen – sie bestehen aus zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom – und sogenannten Hydroxylradikalen zu unterscheiden, bei denen nur ein Wasserstoff- und ein Sauerstoffatom verbunden sind. Das lag an der Wellenlänge der Infrarotstrahlung, die damals gemessen worden war. Diese war sowohl für Wassermoleküle als auch Hydroxylradikal charakteristisch. Die Messungen von Honniball und ihren Kollegen fanden nun bei einer anderen Wellenlänge statt, über die sich das Wasser nach Ansicht der Forscher zweifelsfrei als solches identifizieren lässt.

„Faszinierend und extrem spannend“ nennt Mondforscher Harald Hiesinger von der Universität Münster die Ergebnisse im Gespräch mit dem SPIEGEL. Die Studie sei „ziemlich clever gemacht“ und ergänze „die bisherigen Ergebnisse deutlich“.

Interessant ist die Frage, warum die Wassermoleküle eigentlich noch da sind – es wäre zu erwarten, dass sie durch die Sonneneinstrahlung längst verdunstet und auf Nimmerwiedersehen ins All entwichen sein müssten. Warum sie dennoch nachweisbar sind, dazu gibt es mehrere Theorien: Zum einen könnte es sein, dass Mikrometeoriten beständig geringe Mengen Wasser zum Mond bringen. Dieses könnte im Gestein abgelagert werden. Oder aber, durch größere Einschläge wird Wasser aus den tieferen Schichten des Mondbodens nach oben befördert. Eine andere Möglichkeit wiederum bestünde darin, dass durch den Sonnenwind Wasserstoffatome auf den Mond gebracht werden, die sich dort mit den vorhandenen Hydroxylradikalen zu einem Wassermolekül verbinden.

Und dann ist da noch das Eis an den Polen

Neben den fein verteilten Wassermolekülen im Boden gibt es auch größere Wasservorkommen auf dem Mond – und zwar in Form von Eis, das zum Beispiel im schattigen Inneren von Mondkratern überdauert hat. In einem weiteren Artikel in „Nature Astronomy“ berichtet eine Wissenschaftlergruppe um Paul Hayne von der University of Colorado in Boulder, dass weit größere Areale als bisher vermutet als sogenannte Kältefallen fungieren könnten.

Das heißt: An diesen Orten kommt so wenig Wärme von der Sonne an, dass Eis dort dauerhaft bestehen kann. Den Forschern zufolge ist es auf rund 40.000 Quadratkilometern der Mondoberfläche kalt genug. Das Team hatte mit Daten des „Lunar Reconnaissance Orbiter“ gearbeitet. Bei Modellierungen fanden die Forscher heraus, dass aus ihrer Sicht vor allem die Zahl der kleinen Kältefallen bisher unterschätzt wurde. Selbst in Bereichen mit nur einem Zentimeter Durchmesser könnten Eisstücke überleben. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das an den Mondpolen eingeschlossene Wasser als Ressource für künftige Missionen weiter verbreitet und zugänglich sein könnte als bisher angenommen“, lautet daher ihr Fazit.

Quelle: https://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/sofia-fliegende-sternwarte-von-nasa-und-dlr-findet-wasser-auf-dem-mond-a-3fc47690-ee4f-4fce-9183-53fca63345f6

SpaceX: Marsrakete besteht Flugtest

Starship-Prototyp SN5: Erfolgreicher Startversuch in Boca Chica
 Foto: youtube/ SpaceX

Man kann sagen, es läuft bei SpaceX. Erst am Sonntag meldete das US-Raumfahrtunternehmen die sichere Landung von zwei US-Astronauten, die an Bord einer SpaceX-Kapsel zur Internationalen Raumstation ISS geflogen waren. Nun kann die Firma von Elon Musk über einen weiteren Erfolg berichten: Der Prototyp der Marsrakete „Starship“ hat einen Flugtest bestanden.

Das Unternehmen postete am Mittwoch auf Twitter ein Video des Testflugs im texanischen Boca Chica. Das Modell SN5 stieg dabei innerhalb von weniger als einer Minute in die Höhe und landete anschließend sicher wieder auf dem Boden. „Der Mars wird wahrscheinlicher“, schrieb SpaceX-Gründer Elon Musk.



Es handelte sich um den bislang größten Prototyp der geplanten 120 Meter langen „Starship“-Rakete, mit der das Unternehmen eines Tages Menschen zum Mars bringen will. Frühere Prototypen waren teilweise während Bodentests explodiert. Der Raketenvorläufer sollte bei dem Test eine Höhe von 150 Metern erreichen. Ob das gelang, war zunächst unklar. SpaceX gab bislang keine Details zu dem Testflug bekannt.

Basis auf dem Mond

„Wir werden zum Mond fliegen, wir werden eine Basis auf dem Mond haben. Wir werden zum Mars fliegen“, hatte Musk am Sonntag nach der Landung der beiden US-Astronauten gesagt.

Bob Behnken und Doug Hurley waren Ende Mai vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral im US-Bundesstaat Florida aus gestartet. Es war nach fast neunjähriger Pause das erste Mal, dass Astronauten von den USA aus zur ISS geflogen sind: Seit 2011 waren die Amerikaner beim Personentransport komplett abhängig von Dienstleistungen der Russen. Außerdem war es der erste „Splashdown“, also die erste Wasserlandung einer US-Raumkapsel, seit 45 Jahren.



In einer weiteren Hinsicht markierte die Mission sogar eine regelrechte Zeitenwende: Es war das erste Mal, dass US-Astronauten von einem privaten Raumfahrtunternehmen befördert wurden. SpaceX hatte zuvor nur Fracht zur ISS transportiert.

Quelle: https://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/spacex-prototyp-der-mars-rakete-starship-besteht-flugtest-a-61ec267f-75eb-46a5-816a-c320e9d35242

Mondentstehung: Zwei Studien – Alter und Metallgehalt

Mond ist metallreicher als gedacht

Verborgene Ressourcen: Unter der Oberfläche des Mondes könnten sich mehr metallreiche Minerale verbergen als bislang angenommen. Indizien dafür liefern Messdaten, nach denen der Regolith in größeren und tieferen Mondkratern metallhaltiger ist als in kleineren. Das spricht dafür, dass der Metallgehalt des Mondgesteins mit zunehmender Tiefe steigt. Sollte sich dies bestätigen, wirft dies auch ein neues Licht auf die Entstehung des Mondes.

Die 2 Studien sind mal wieder ein ein gutes Beispiel, wie interessant und spanned die Raumfahrt ist. Kein Wissenschaftler, kein Lehrer und kein Buch auf der Welt kann uns sagen bzw. beantworten, wie unser Mond entstanden ist. Das ist schon krass.

Den Himmelskörper der uns am nächsten ist bzw, den wir direkt vor der Nase haben und Nachts sowie manchmal auch Tagsüber dutzende male gesehen haben. Der all gegenwärtig ist und auch Einfluss auf die Erde hat (Ebbe und Flut). Und das 2020 (21. Jahrhundert) noch andauert bei all der ganzen Modernen Technologie die wir auf den Mond, Asteroiden, Planeten schicken. Faszinierend und frustrierend zu gleich.

Immer nur ein vielleicht, könnte, dann wieder eine neue Theorie und wieder, könnte, vielleicht…. wie bei einem feißen Fleck auf der Landkarte. Obwohl das noch die einfachste Frage wäre, als die: Woher kommt das Leben auf der Erde/ gibt es Leben auf anderen Planeten.

Es bleibt weiterhin spannend und interessant.

Christian Dauck

Gängiger Theorie nach entstand der Mond durch eine katastrophale Kollision der jungen Erde mit dem marsgroßen Protoplanet Theia. Aus den verdampften Trümmern des ausgeschleuderten Materials bildete sich dann der Mond. Möglicherweise ist er der Erde deshalb geochemisch so ähnlich – er könnte vorwiegend aus irdischem Mantel- und Krustenmaterial bestehen. Wo allerdings dann die Überreste von Theia geblieben sind, ist bislang strittig.

Rätsel um Metallgehalt des Regoliths

Und noch ein Aspekt passt nicht ins Bild: Im lunaren Hochland enthält der Regolith weniger metallhaltige Minerale als vergleichbares irdisches Gestein – wie es bei einem Ursprung aus primär silikatreichem Mantelgestein der Erde zu erwarten wäre. Doch in den großen Maria des Mondes ist es genau anders herum: Dort enthalten einige Gesteine offenbar sogar mehr Metalle als ihre irdischen Gegenparts.

Wo aber kommt dieses Metall her? Eine mögliche Antwort könnten nun Forscher um Essam Heggy von der University of Southern California in Los Angeles gefunden haben. Denn ihre Studie liefert neue Hinweise auf die Beschaffenheit des lunaren Tiefgesteins. Dafür haben die Forscher Daten der NASA-Mondsonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ausgewertet. Deren „Miniature Radio Frequency“-Instrument kann die dielektrische Leitfähigkeit des lunaren Regoliths messen und erlaubt damit Rückschlüsse darauf, wie viel Metall dieses Material enthält.

Überraschender Fund in lunaren Kratern

Die Analysen ergaben einen auffallenden Zusammenhang: Bei Mondkratern bis zu fünf Kilometer Durchmesser stieg die dielektrische Konstante des Regoliths mit der Kratergröße stetig an. Je größer der Krater, desto metallhaltiger wurde der Mondstaub am Kratergrund. Ab einem Durchmesser von fünf Kilometern jedoch scheint eine Art Plateau erreicht: Der Metallgehalt erhöhte sich auch bei zunehmender Kratergröße nicht mehr weiter.

„Dieser Verlauf war überraschend – wir hatten vorher keinen Grund anzunehmen, dass es diesen Zusammenhang gibt“, sagt Heggy. Doch was steckt dahinter? Die Forscher vermuten, dass dies mit der Wucht der Einschläge zu tun hat: Größere Brocken hinterlassen größere Krater, dringen aber auch tiefer in die Mondoberfläche ein. Ab einer bestimmten Größe wird dabei sogar Material aus dem lunaren Mantel ausgeschleudert, wie kürzlich Messungen eines chinesischen Mondrovers bestätigten.

Metallreicher in der Tiefe?

Das aber bedeutet: Am Grund der größeren Mondkrater findet sich Gestein aus den tieferen Schichten des Mondes – und dieses enthält offenbar mehr Eisen, Titan und andere Metalle als das meiste Oberflächengestein. „Die plausibelste Erklärung für die beobachtete Variabilität ist ein Anstieg des Metallgehalts mit der Tiefe, das heißt innerhalb der oberen Kilometer der Mondkruste“, sagen Heggy und seine Kollegen.

Die scheinbare Metallarmut des lunaren Regolith täuscht demnach: Unter seiner Oberfläche könnte der Erdtrabant deutlich metallreicher sein als bislang angenommen. An die Oberfläche gelangt dieses Material aber nur dort, wo entweder große Einschläge bis in diese Tiefen vorgedrungen ist oder aber wenn Lava aus dem Mondinneren metallhaltige Schmelzen ans Tageslicht brachte, wie in den Mondmaren.

Neue Sicht auf Mondentstehung

Sollte sich dies bestätigen, wirft dies auch ein neues Licht auf die Entstehung des Mondes. Denn dann bekam unser Trabant bei der katastrophalen Kollision vielleicht doch mehr als nur Mantel- und Krustentrümmer von der Erde mit. „Unsere Ergebnisse werfen die Frage auf, was dies für die gängigen Hypothesen zur Mondbildung bedeutet“, sagt Heggy. Tatsächlich könnten diese Funde eine Hypothese stützen, nach der die Erde bei der Kollision mit Theia sogar komplett verdampfte. Aus den Trümmern bildet sich dann erst die Erde neu, dann der Mond.

„Wenn wir herausfinden, wie viel Metall sich tatsächlich unter der Oberfläche des Mondes verbirgt, dann könnte dies helfen, die vielen Widersprüche zu klären und herauszufinden, wie sich der Mond gebildet und entwickelt hat“, so Heggy. Er und sein Team haben nun begonnen, noch weitere Krater auf dem Mond auf ihre Leitfähigkeit und ihren Metallgehalt zu untersuchen.

In jedem Fall unterstreichen diese Ergebnisse aufs Neue, dass der Mond noch lange nicht vollständig erforscht und verstanden ist. „Dieses aufregende Ergebnis zeigt, dass wir auch heute noch immer wieder neue Entdeckungen über die Vergangenheit unseres nächsten Nachbarn machen“, sagt Koautor Noah Petro vom Goddard Space Flight Center der NASA. (Earth and Planetary Science Letters, 2020; doi: 10.1016/j.epsl.2020.116274)

Quelle: NASA/ Goddard Space Flight Center, University of Southern California

Quelle: https://www.scinexx.de/news/kosmos/ist-der-mond-metallreicher-als-gedacht/

Der etwas jüngere Mond

Trabant der Erde fast 100 Millionen Jahre jünger als bisher angenommen

  • Der Trabant der Erde entstand aus den Trümmern, die bei der Kollision mit einem Protoplaneten aus der jungen Erde geschlagen wurden.
  • Dabei heizte sich der Mond so stark auf, dass er einen über tausend Kilometer tiefen Magmaozean bekam, der in 200 Millionen Jahren auskristallisierte.
  • Mit neuen Modellrechnungen konnten DLR-Planetologen und von der Universität Münster diese Ereignisse mit der Zeit der Mondentstehung in Verbindung setzen.
  • Sie fanden heraus, dass der Mond vor 4,425 Milliarden Jahren entstand, fast 100 Millionen Jahre später, als bisher angenommen.
  • Schwerpunkte: Planetenforschung, Planetengeophysik, Modellierung, Raumfahrt
Die Geburtsstunde des Mondes
Kaum dass das Sonnensystem vor 4,57 Milliarden Jahren entstanden war, hatten sich innerhalb weniger Zehnermillionen Jahre die Planeten entwickelt. Gleichzeitig vagabundierten noch viele Protoplaneten durch das junge Sonnensystem, die in manchen Fällen auf Kollisionskurs mit den jungen Planeten gerieten. Auch die Erde wurde vor 4,425 Milliarden Jahren von einem dieser Protoplaneten getroffen. Es war die Geburtsstunde des Mondes, die Wissenschaftler vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster nun mit Modellrechnungen ermitteln konnten. Damit ist der Mond etwas jünger, als bisher angenommen. Der einschlagende Protoplanet könnte die Größe des Planeten Mars gehabt haben und schleuderte enorme Mengen an Gestein des Erdmantels, das teilweise sogar verdampfte, ins All. Aus diesen Bestandteilen entstand in wenigen Tausend Jahren der Mond.

Die Geburtsstunde des Mondes schlug etwas später, als bisher vermutet. Sie ereignete sich, als ein marsgroßer Protoplanet bei der Kollision mit der jungen Erde zwar zerstört wurde, aber aus den Trümmern dieser Katastrophe ein neuer Körper entstand – der Mond. Planetengeophysiker um Maxime Maurice vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben nun mit einem neuen numerischen Modell rekonstruiert, wann dies geschah: vor 4,425 Milliarden Jahren. Die bisherigen Annahmen für die Entstehung des Mondes gingen von 4,51 Milliarden Jahren aus, also 85 Millionen Jahre früher als jetzt berechnet. Der Mond ist also fast 100 Millionen Jahre jünger, als bisher angenommen. Davon berichten die Wissenschaftler heute im Wissenschaftsmagazin Science Advances.

Das Sonnensystem war vor viereinhalb Milliarden Jahren noch eine ziemlich chaotische Welt. Die Erde wuchs gerade zu ihrer heutigen Größe heran: Der Planet, auf dem wir heute leben, sammelte noch immer Materie in Form von so genannten ‚Planetesimalen‘ auf, die sich zuvor in der die junge Sonne umkreisenden Scheibe aus Staub und Gas gebildet hatten. Die junge Erde konsolidierte, dabei wurde sie in ihrem Inneren ständig heißer. Immer größere Anteile des Gesteinsmantels schmolzen auf und bildeten einen Magmaozean. Zu jener Zeit bekam die Erde auch ihren Trabanten, der sie bis heute umkreist. Er ist das Ergebnis einer gewaltigen kosmischen Kollision der Erde mit einem Protoplaneten, bei dem Gestein aus der jungen Erde herausgeschleudert wurde und sich zu einem neuen planetaren Körper zusammenballte, dem Mond.

Über die Entstehungsgeschichte sind sich die meisten Wissenschaftler im Prinzip zwar einig, nicht aber über den Vorgang im Einzelnen und vor allem nicht über den Zeitpunkt. „Das Ergebnis unserer Modellierungen legt nahe, dass die junge Erde rund 140 Millionen Jahre nach der Geburt des Sonnensystems vor 4,567 Milliarden Jahren von einem Protoplaneten getroffen wurde. Das geschah nach unseren Berechnungen vor 4,425 Milliarden Jahren – mit einer Unsicherheit von 25 Millionen Jahren,“ fasst Maxime Maurice vom Berliner DLR-Institut für Planetenforschung und Erstautor der Studie die Untersuchungen zusammen. „Das war die Geburtsstunde des Mondes.“

Die Entwicklung der Erde zu einem Planeten war zu diesem Zeitpunkt gerade abgeschlossen. In deren Verlauf sanken im Inneren der Erde die schweren, metallischen Bestandteile ins Zentrum und bildeten einen Kern aus Eisen und Nickel, der nun von einem mächtigen Mantel aus silikatischen Gesteinen umgeben war. Die Mantelgesteine wurden durch die ‚Akkretion‘, dem Zusammenballen der Materie, und der Wärme aus dem Zerfall radioaktiver Elemente immer heißer, so dass eine Trennung von Metall und Silikat im Inneren der Erde innerhalb von einigen Zehnermillionen Jahren stattfinden konnte.

Ein planetarer Volltreffer als Geburtsstunde des Mondes

In diesem Stadium wurde die Erde von einem vielleicht marsgroßen Protoplaneten getroffen, der unter dem Namen Theia in der Sonnensystemforschung kursiert; Theia ist in der griechischen Mythologie eine der Titaninnen und die Mutter der Mondgöttin Selene. In der Frühzeit des Sonnensystems dürften zahlreiche Körper dieser Art existiert haben: Zum Teil wurden sie aus dem Sonnensystem hinausgeschleudert, oder aber sie wurden durch Kollisionen mit anderen Körpern zerstört. Theia indes traf die Erde mit voller Wucht und schleuderte so viel Material aus dem Erdmantel, dass sich daraus der Mond formen konnte. Bei diesem heftigen Aufprall bildete sich auf der frühen Erde ein Magmaozean aus glühend heißem, geschmolzenen Gestein von mehreren tausend Kilometern Tiefe. Von Theia gibt es nach dieser gewaltigen Kollision heute keine Spuren mehr, die man nachweisen könnte.

Magmaozean und erste Gesteinskruste auf dem Mond
Während sich der Mond vor 4,425 Milliarden Jahren zu einer Kugel von etwa 1700 Kilometer Durchmesser formte, heizte sich sein Inneres durch die Energie, die beim Zusammenballen frei wurde stark auf. Das Gestein schmolz und es bildete sich ein möglicherweise mehr als tausend Kilometer tiefer Ozean aus Magma. Später bildeten sich leichte Gesteine, die an die Oberfläche aufschwammen und eine erste Kruste auf dem Mond bildeten. Diese Kruste isolierte den Mond gegenüber dem Weltall ab, so dass der Magmaozean darunter nur langsam abkühlte. Erst nach etwa 200 Millionen Jahren war der Mond vollständig erstarrt.

Um die bei diesem Ereignis ausgelöste Entstehung des Mondes nachvollziehen zu können, erfordert es einiges an Vorstellungsvermögen und Phantasie: Die Kollision der beiden Körper verdampfte mit ihrer gewaltigen Energie auch eine riesige Menge an Gestein aus dem frühen Erdmantel. Es wurde herausgeschleudert und sammelte sich in einem Ring aus Staub um die Erde, ehe es sich dort wieder zu Gestein zusammenballte. „Daraus entstand in kurzer Zeit, in vermutlich nur wenigen Tausend Jahren, der Mond“, erklärt Professorin Doris Breuer vom DLR und Co-Autorin der Studie.

Das älteste Mondgestein ist nicht alt genug

Über die Entstehungsgeschichte des Mondes herrscht unter Wissenschaftlern weitgehend Einigkeit. Allerdings konnten sie bis jetzt die Entstehung des Mondes nicht genau datieren, da es keine von den Astronauten der sechs Apollo-Missionen und den drei robotischen sowjetischen Luna-Missionen zur Erde gebrachten Mondgesteine gibt, die das Entstehungsalter des Erdtrabanten direkt konservieren. Mithilfe einer neuen, indirekten Methode haben die Forscher vom DLR und der WWU rekonstruiert, wann der Mond entstanden ist. „Unsere Berechnungen zeigen, dass dies höchstwahrscheinlich ganz am Ende der Erdentstehung geschah“, schildert Sabrina Schwinger, eine weitere Co-Autorin der Studie den zeitlichen Ablauf.

Nicht nur die Erde hatte in ihrer frühen Jugend einen Magmaozean. Auch im jungen Mond konnte sich durch Akkretionsenergie ein Magmaozean entwickeln. Der Mond schmolz fast vollständig auf und wurde, wie auch die Erde, von einem möglicherweise über tausend Kilometer tiefen Magmaozean bedeckt. Dieser Magmaozean begann zwar schnell zu kristallisieren und bildete an der Oberfläche, der ‚Schnittstelle‘ zum kalten Weltall, eine Mondkruste aus aufschwimmenden leichten Kristallen. Aber unter dieser isolierenden Kruste, die das weitere Abkühlen und Auskristallisieren des Magmaozeans bremste, blieb der Mond noch lange geschmolzen. Bisher konnten Wissenschaftler nicht feststellen, wie lange es dauerte, bis der Magmaozean vollständig kristallisiert war – weshalb sie auch nicht ausmachen konnten, wann sich der Mond ursprünglich bildete.

Für die Berechnung der Lebensdauer des Magmaozeans des Mondes verwendeten die Wissenschaftler in ihrer aktuellen Studie ein neues Computermodell, das erstmals die Vorgänge bei der Kristallisation des Magmaozeans umfassend berücksichtigte. „Die Ergebnisse des Modells zeigen, dass der Magmaozean des Mondes langlebig war und es fast 200 Millionen Jahre dauerte, bis er vollständig zu Mantelgestein auskristallisierte“, betont Maxime Maurice. „Die Zeitskala ist viel länger als in früheren Studien berechnet“, ergänzt DLR-Kollege Dr. Nicola Tosi, zweiter Autor der Studie und Betreuer der Doktorarbeit von Maxime Maurice, deren Ergebnis in dieser Studie zusammengefasst ist. „Ältere Modelle gingen von einer Kristallisationsdauer von nur 35 Millionen Jahre aus.“

Kristallisationsmodelle zeigten das Alter des Mondes – und der Erde

Um auch das Alter des Mondes zu bestimmen, mussten die Wissenschaftler noch einen Schritt weitergehen. Sie berechneten, wie sich die Zusammensetzung der magnesium- und eisenreichen Silikatmineralien, die sich während der Kristallisation des Magmaozeans bildeten, mit der Zeit veränderte. Das Ergebnis: Die Forscher stellten eine kontinuierliche Veränderung der Beschaffenheit des verbleibenden Magmaozeans im Laufe der fortschreitenden Kristallisation fest. Diese Erkenntnis ist von Bedeutung, da die Autoren so die Bildung verschiedener Gesteine vom Mond mit einem bestimmten Stadium in der Entwicklung seines Magmaozeans in Verbindung bringen konnten. „Durch den Vergleich der gemessenen Zusammensetzung der Mondgesteine mit der vorhergesagten Zusammensetzung des Magmaozean aus unserem Modell konnten wir die Entwicklung des Ozeans bis zu seinem Ausgangspunkt, dem Entstehungsalter des Mondes, zurückverfolgen“, erklärt DLR-Planetenforscherin Sabrina Schwinger.

Die Ergebnisse der Wissenschaftler zeigen, dass der Mond vor 4,425±0,025 Milliarden Jahren entstanden ist. Dieses genaue Alter des Mondes stimmt bemerkenswert gut mit einem zuvor aus dem Verhältnis von irdischen Uran- und Bleiisotopen bestimmten Alter für die Bildung des metallischen Erdkerns überein, mit dem die Entstehung des Planeten Erde ihren Abschluss fand. „Es ist das erste Mal, dass das Alter des Mondes direkt mit einem Ereignis in Verbindung gebracht werden kann, das ganz am Ende der Erdentstehung passierte, nämlich der Entstehung des Kerns der Erde“, betont Prof. Dr. Thorsten Kleine vom Institut für Planetologie in Münster.

Förderung:
Die Arbeiten wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Transregio 170 „Späte Akkretion auf terrestrischen Planeten“ und der Helmholtz-Nachwuchsgruppe „Early Dynamics of the terrestrial planets“ durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Helmholtz-Gemeinschaft gefördert.


Originalpublikation:
M. Maurice, N. Tosi, S. Schwinger, D. Breuer, T. Kleine (2020). A long-lived magma ocean on a young MoonScience Advances; DOI: 10.1126/sciadv.aba8949

Quelle: https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2020/03/20200710_der-etwas-juengere-mond.html

WIE KOMMT DAS GANZE METALL AUF DEN MOND?

Eine neue Studie zeigt: der Mond ist voller Metall. Damit stellt die Untersuchung die bisherigen Erkenntnisse über die Mondentstehung in Frage. Bisher wurde angenommen, dass der Mond aus einer Kollision mit der Erde entstand. Doch die lief vermutlich anders ab, so die Forscher. Denn sonst gäbe es keine Erklärung für das ganze Metall.

Der Mond und die Erde sind ein seltsames Paar. Die Menschen verehren ihn und ohne ihn würde es die Menschheit wohl nicht geben. Denn er hält die Erde in einer stabilen Neigung. Wie der Erdtrabant aber entstanden ist, darüber scheiden sich die Geister. Eine neue Studie zeigt: Es war alles wohl ganz anders als gedacht. Zumindest muss das Mondmetall irgendwoher kommen. 

Eine weitverbreitete These besagt, dass der Mond durch eine Kollision entstanden sei. Der marsgroßer Protoplanet Theia sei mit der jungen Erde zusammengestoßen. Dabei gelangte ein großer Teil der Erdkruste ins Weltall. Aus dieser Schicht, die nun in der Umlaufbahn umherschwirrte, bildete sich allmählich der Mond.  

Einen großen Haken hat diese Hypothese jedoch: Die neusten Untersuchungen des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA zeigen, dass der Staub am Boden der Mondkrater metallhaltig ist. Dieses Material kann aber nicht von der Erde stammen. Denn auf unserem Heimatplaneten befinden sich solche Metalle erst in den tieferen Erdschichten. Bei der Kollision mit Theia wäre aber nur die obere Erdkruste ins Weltall gelangt.  

MOND: MEHR EISENOXID ALS AUF DER ERDE?

Auf dem Mond gibt es aber sehr viel Eisenoxide. Die Konzentration ist sogar höher als auf der Erde. Diese Erkenntnis ist für Wissenschaftler nicht neu. Doch wie kommt das ganze Metall auf den Mond? Dieser Frage hat sich das Team um Nasaforscher Essam Heggy gestellt. Gemeinsam haben sie die Ergebnisse des Miniatur-Radiofrequenz-Instrumentes an Bord des Mond-Orbiters LRO untersucht. 

Es ist möglich, dass die Diskrepanz zwischen der Eisenmenge auf der Erdkruste und dem Mond noch größer sein könnte, als von Wissenschaftlern angenommen, was das derzeitige Verständnis der Entstehung des Mondes in Frage stellt.University of Southern California

Die Kraterlandschaft des Mondes können wir mit dem bloßen Auge von der Erde aus erkennen. Diese Krater entstanden durch Meteoriteneinschläge. Je nach Größe und Geschwindigkeit der Meteoriten sind einige Krater größer und tiefer als andere. Dennoch haben die Einschläge eines gemeinsam: sie dringen in die Mondoberfläche ein. Dabei werden Materialien aus den unteren Mondschichten nach oben gedrückt.Aufgehende Erde – fotografiert vor der Landung aus dem Mondorbit der Apollo 11-Mission, 1969.Bildrechte: NASA / Apollo 11 Mission

„Beim Vergleich des Metallgehalts am Boden größerer und tieferer Krater mit dem der kleineren und flacheren Krater stellte das Team höhere Metallkonzentrationen in den tieferen Kratern fest.University of Southern California“

DREI MÖGLICHE ERKLÄRUNGEN ZUM MONDMETALL

Die Forscher haben drei mögliche Erklärungen parat, denen sie auf den Grund gehen wollen. Zum einen kann es sein, dass die die Kollision mit Theia für unsere frühe Erde verheerender war als angenommen. Durch den Zusammenstoß wären viel tiefere Abschnitte aus der Erdoberfläche in die Umlaufbahn gelangt. Theia hätte nicht nur an der Erdkruste gekratzt.

Zum anderen könnte es sein, dass die Kollision zwischen Theia und der Erde viel früher stattgefunden hat. Die Erde müsste zu diesem Zeitpunkt noch sehr jung gewesen sein. So jung, dass sie von einem Magma-Ozean bedeckt war. Dadurch könnte flüssiges Metall in den Weltraum gelangt sein. Dieses hätte sich dann gemeinsam mit anderen Materialien zum heutigen Mond geformt.

Ebenso wäre es möglich, das die noch heiße Mondoberfläche anders abgekühlt sei, als angenommen. Das viele Metall deutet zumindest auf einen komplizierten Abkühlungsprozess der geschmolzene Mondoberfläche hin.

WEITERE UNTERSUCHUNGEN FOLGEN
Für den Hauptforscher am Miniatur-Radiofrequenz-Instrumentes des Lunar Orbiter sind die neuen Erkenntnisse großartige Neuigkeiten. Wes Patterson ist froh darüber, dass „die LRO-Mission uns immer wieder mit neuen Einsichten in die Ursprünge und die Komplexität unseres nächsten Nachbarn überrasche.“

Somit war dies nicht der letzte Einsatz des Miniatur-Radiofrequenz-Instruments. Die Kraterböden des Mondes sollen auch in Zukunft mit weiteren Radarmessungen beobachtet werden. Dadurch könnten die ersten Ergebnisse der Studie um Heggys Team überprüft werden und man würde neue Erkenntnisse über den Erdtrabanten erhalten.

Die Studie ist unter dem Titel „Bulk composition of regolith fines on lunar crater floors: Initial investigation by LRO/Mini-RF“ in Earth and Planetary Science Letters erschienen.

Quelle: https://www.mdr.de/wissen/umwelt/woher-kommt-das-ganze-metall-auf-dem-mond-100.html

NASA Selects Blue Origin, Dynetics, SpaceX for Artemis Human Landers

Das Starship von SpaceX hat mich nun nicht überrascht. Immerhin bringen sie voraussichtlich ende Mai, in einem Testflug wieder Astronauten zur ISS von Boden der USA, nach ca. 9 Jahren der Space Shuttle – Ära. Und erst vor wenigen Tagen hat das SpaceX-Starship erstmals einen Drucktest bei der Betankung überstanden. https://futurezone.at/science/neues-spacex-starship-besteht-wichtigen-test/400825451 bei den vorherigen 3 versuchen ist der Tank explodiert.

So ein Unternehmen schließt man doch nicht aus. War doch klar das SpaceX mit dabei ist.

Auch interessant das alle Teilnehmer das Lunar-Gateway (Mondstation im Mondorbit in ihren Konzepten für das Andocken unterstützen möchten. Außer Dynetics sind mir die anderen seit Jahren bekannt. Das wird super und ein spannender Wettbewerb zwischen den Teilnehmern. SpaceX – Fans sind schon jetzt aus dem Häuschen vor Freude.

Außer mit Raumfahrt News beschäftige ich mich auch mit den täglichen Nachrichten der Corona-Pandemie, da bin ich genauso so immer auf den aktuellen stand wie bei der Raumfahrt. Aber die meiste Zeit verbringe ich mit Serien, Anime, Filme schauen (Amazon Prime/Netflix/Wakanim) und an der Konsole Zocken.

NASA wählt Blue Art, Dynetics, SpaceX für Artemis Human Landers aus, eine Pressemitteilung der Nasa:

NASA Names Companies to Develop Human Landers for Artemis Moon Missions

Illustration of Artemis astronauts on the Moon.
Illustration of Artemis astronauts on the Moon.Credits: NASA

NASA has selected three U.S. companies to design and develop human landing systems (HLS) for the agency’s Artemis program, one of which will land the first woman and next man on the surface of the Moon by 2024. NASA is on track for sustainable human exploration of the Moon for the first time in history.

The human landing system awards under the Next Space Technologies for Exploration Partnerships (NextSTEP-2) Appendix H Broad Agency Announcement (BAA) are firm-fixed price, milestone-based contracts. The total combined value for all awarded contracts is $967 million for the 10-month base period. 

The following companies were selected to design and build human landing systems: 

  • Blue Origin of Kent, Washington, is developing the Integrated Lander Vehicle (ILV) – a three-stage lander to be launched on its own New Glenn Rocket System and ULA Vulcan launch system. 
  • Dynetics (a Leidos company) of Huntsville, Alabama, is developing the Dynetics Human Landing System (DHLS) – a single structure providing the ascent and descent capabilities that will launch on the ULA Vulcan launch system. 
  • SpaceX of Hawthorne, California, is developing the Starship – a fully integrated lander that will use the SpaceX Super Heavy rocket. 

“With these contract awards, America is moving forward with the final step needed to land astronauts on the Moon by 2024, including the incredible moment when we will see the first woman set foot on the lunar surface,” said NASA Administrator Jim Bridenstine. “This is the first time since the Apollo era that NASA has direct funding for a human landing system, and now we have companies on contract to do the work for the Artemis program.”   

NASA has selected three American companies – Blue Origin, Dynetics and SpaceX – to design and develop human landing systems for the Artemis program. With these awards, NASA is on track to land the next astronauts on the lunar surface by 2024, and establish sustainable human exploration of the Moon by the end of the decade.
Credits: NASA

Fifty years ago, NASA’s Apollo Program proved it is possible to land humans on the Moon and return them safely to Earth. When NASA returns to the Moon in four years with the Artemis program, it will go in a way that reflects the world today – with government, industry, and international partners in a global effort to build and test the systems needed for challenging missions to Mars and beyond. 

“We are on our way.” said Douglas Loverro, NASA’s associate administrator for Human Explorations and Operations Mission Directorate in Washington. “With these awards we begin an exciting partnership with the best of industry to accomplish the nation’s goals. We have much work ahead, especially over these next critical 10 months. I have high confidence that working with these teammates, we will succeed.”  

NASA’s commercial partners will refine their lander concepts through the contract base period ending in February 2021. During that time, the agency will evaluate which of the contractors will perform initial demonstration missions. NASA will later select firms for development and maturation of sustainable lander systems followed by sustainable demonstration missions. NASA intends to procure transportation to the lunar surface as commercial space transportation services after these demonstrations are complete. During each phase of development, NASA and its partners will use critical lessons from earlier phases to hone the final concepts that will be used for future lunar commercial services.

„I am confident in NASA’s partnership with these companies to help achieve the Artemis mission and develop the human landing system returning us to the Moon“ said Lisa Watson-Morgan, HLS program manager at NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. „We have a history of proven lunar technical expertise and capabilities at Marshall and across NASA that will pave the way for our efforts to quickly and safely land humans on the Moon in 2024.” 

NASA experts will work closely with the commercial partners building the next human landing systems, leveraging decades of human spaceflight experience and the speed of the commercial sector to achieve a Moon landing in 2024.   

The HLS program manager will assign NASA personnel to support the work of each contractor, providing direct, in-line expertise to the companies as requested in their proposals (e.g., design support, analysis, testing). The HLS program will also perform advanced development and risk reduction activities, working in parallel to better inform the approach for the 2024 mission and the necessary maturation of systems for the future sustaining architecture. 

Charged with returning to the Moon in the next four years, NASA’s Artemis program will reveal new knowledge about the Moon, Earth, and our origins in the solar system. The human landing system is a vital part of NASA’s deep space exploration plans, along with the Space Launch System (SLS) rocket, Orion spacecraft, and Gateway. 

NASA is returning to the Moon for scientific discovery, economic benefits, and inspiration for a new generation. Working with its partners throughout the Artemis program, the agency will fine-tune precision landing technologies and develop new mobility capabilities that allow robots and crew to travel greater distances and explore new regions of the Moon. On the surface, the agency has proposed building a new habitat and rovers, testing new power systems and much more to get ready for human exploration of Mars. 

Learn more about each HLS concept:

NASA Selects Blue Origin, Dynetics, SpaceX for Artemis Human Landers

NASA announced that three U.S. companies will develop the human landers that will land astronauts on the Moon beginning in 2024 as part of the Artemis program. These human landers are the final piece of the transportation chain required for sustainable human exploration of the Moon, which includes the Space Launch System rocket, Orion spacecraft, and the Gateway outpost in lunar orbit. 

The awardees for NASA’s Human Landing System contracts are Blue Origin of Kent, Washington, Dynetics (a Leidos company) of Huntsville, Alabama, and SpaceX of Hawthorne, California. These teams offered three distinct lander and mission designs, which will drive a broader range of technology development and, ultimately, more sustainability for lunar surface access. 

The agency is planning crewed demonstration missions to the lunar surface beginning in 2024. The initial demonstration missions represent a return to the Moon for the first time since 1972, but with several key differences, including the use of 21st century technologies and access to more parts of the Moon. Later sustainable demonstration missions will make full use of the Gateway-enabled capabilities, including refueling and reuse of all or parts of the lander. This approach allows NASA and industry to combine their respective expertise and capabilities into tightly collaborative partnerships needed to meet this challenge before achieving a regular cadence of missions using commercial services contracts later in the decade.

“This is the model we’ve used for commercial cargo, commercial crew, and Commercial Lunar Payload Services,” said Marshall Smith, director of human lunar exploration programs at NASA Headquarters in Washington, referring to the precursor development and demonstration activities like COTSCCiCAP, and Lunar CATALYST, respectively. “We’ve proven that an early study and refinement phase, followed by demonstrations, then by services contracts is an effective approach to commercial development for space transportation services for which NASA hopes to be just one of several customers.”  

To start, the companies will begin work in an approximate 10-month base period outlined in the NextSTEP-2 Appendix H BAA. During the base period, NASA teams will be embedded with the companies to help streamline the review of required deliverables to NASA and to impart expertise that the agency has acquired over the last 60 years of human spaceflight systems development.  

“NASA has a proven track record for landing people and cargo on other planetary surfaces,” said Lisa Watson-Morgan, Human Landing System program manager at NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville. “It’s an amazing time to be with NASA partnering with U.S. Industry and our focused goals of landing humans on the Moon by 2024.” 

The concepts are outlined below in alphabetical order.  

Blue Origin 

Blue Origin is the prime contractor for the National Team that includes Lockheed Martin, Northrop Grumman, and Draper. Their Integrated Lander Vehicle (ILV) is a three-stage lander that harnesses the proven spaceflight heritage of each team.  

Artist concept of the Blue Origin National Team crewed lander on the surface of the Moon.
Artist concept of the Blue Origin National Team crewed lander on the surface of the Moon.Credits: Blue Origin

Blue Origin will build the descent element which is powered by BE-7 cryogenic engines three years in private development, with cryogenic technologies now under Tipping Point support. Lockheed will build the ascent element that includes the crew cabin, which will have significant commonality with Orion. Northrop Grumman will build the transfer element based largely on its Cygnus cargo module that services the International Space Station. Northrop Grumman is also leading development of a future refueling element for a sustainable lander demonstration. Draper will provide the guidance, navigation and control, avionics, and software systems that draw largely on similar systems the company has developed for NASA.  

In their proposal, the National Team outlines a plan in which the ILV can dock with either Orion or the Gateway to await crew arrival. The Blue Origin National Team’s elements for the Human Landing System can be launched individually on commercial rockets or combined to launch on NASA’s Space Launch System.

Dynetics 

Dynetics proposed a robust team with more than 25 subcontractors specializing in both the larger elements and the smaller system-level components of the Dynetics Human Landing System. The large team capitalizes on Dynetics’ experience as an integrator on military and defense contracts with large subcontractor teams.  

Artist concept of the Dynetics Human Landing System on the surface of the Moon.
Artist concept of the Dynetics Human Landing System on the surface of the Moon.Credits: Dynetics

The Dynetics Human Landing System concept includes a single element providing the ascent and descent capabilities, with multiple modular propellant vehicles prepositioned to fuel the engines at different points in the mission. The crew cabin sits low to the surface, enabling a short climb for astronauts entering, exiting, or transporting tools and samples. The DHLS systems supports both docking with Orion and with Gateway, and will get a fuel top-off before descending to the surface. After the surface expedition, the entire vehicle will return  for crew transfer back to Orion.  

The Dynetics Human Landing System is rocket-agnostic, capable of launching on a number of commercial rockets.  

SpaceX 

Starship is a fully reusable launch and landing system designed for travel to the Moon, Mars, and other destinations. The system leans on the company’s tested Raptor engines and flight heritage of the Falcon and Dragon vehicles. Starship includes a spacious cabin and two airlocks for astronaut moonwalks.  

Artist concept of the SpaceX Starship on the surface of the Moon.
Artist concept of the SpaceX Starship on the surface of the Moon.Credits: SpaceX

Several Starships serve distinct purposes in enabling human landing missions, each based on the common Starship design. A propellant storage Starship will park in low-Earth orbit to be supplied by tanker Starships. The human-rated Starship will launch to the storage unit in Earth orbit, fuel up, and continue to lunar orbit.   

SpaceX’s Super Heavy rocket booster, which is also powered by Raptor and fully reusable, will launch Starship from Earth. Starship is capable of transporting crew between Orion or Gateway and the lunar surface. 

Forward to the Moon

“We are thrilled to see the variety of approaches from these companies,” said Watson-Morgan. “Beyond our goal to return humans to the Moon by 2024, this accelerated development will boost advances in critical systems for all lander types, human and robotic.”  

NASA got a jump-start in some of those advanced systems through work completed under NextSTEP-2 Appendix E. Eleven U.S. companies provided studies, demonstrations and prototypes under Appendix E, revealing new concepts to address cryogenic fluid management, in-space propellant transfer, and precision landing and hazard avoidance systems.  

When NASA sends astronauts to the surface of the Moon in 2024, it will be the first time  generations of people will witness humans walking on another planetary body, outside of watching historical footage from Apollo. Building on these footsteps, future robotic and human explorers will put infrastructure in place for a long-term sustainable presence on the Moon. 

To learn more about NASA’s Moon to Mars campaign, visit:

www.nasa.gov/topics/moon-to-mars