Die Nasa schickt wieder Astronauten zum Mond

Gut 53 Jahre nach der letzten Apollo-Mission fliegen erstmals wieder Astronauten zum Mond. Auf ihrer zehntägigen Mission sollen Reid Wiseman und seine Crew die erdabgewandte Seite des Mondes passieren und danach zur Erde zurückkehren. Ursprünglich hätte der Start bereits im Februar stattfinden sollen. Doch Probleme beim Betanken der Rakete sowie ein defektes Ventil zwangen die Nasa bereits zwei Mal dazu, den Start zu verschieben.

Die Artemis-2-Mission soll eine spätere Landung auf dem Mond vorbereiten. Damit ist sie von zentraler Bedeutung für Amerikas Ambitionen in der bemannten Raumfahrt.

Grundsätzlich ist Artemis 2 ein Zwischenschritt, bevor die Nasa 2028 mit der Artemis-4-Mission erstmals wieder Menschen auf dem Mond landen will. Zur Vorbereitung werden beim jetzigen Flug alle wichtigen Systeme getestet. Dazu gehört insbesondere das Lebenserhaltungssystem der Orion-Kapsel, die jetzt zum ersten Mal mit Menschen an Bord fliegt.

Das Lebenserhaltungssystem sorgt für die richtige Temperatur, für Luft zum Atmen, den richtigen Druck und genug sauberes Wasser. Ausserdem testen die Astronauten die Manövrierfähigkeit ihres Raumschiffs. Das dient als Vorbereitung auf eine spätere Mondlandung, bei der das Raumschiff an die Mondlandefähre ankoppeln muss.

Ein weiteres wichtiges Ziel ist die genaue Untersuchung der Gesundheit der Astronauten. Denn das Weltall ist ein lebensfeindlicher Ort, besonders wenn man sich aus dem schützenden Magnetfeld der Erde entfernt, wie es die Artemis-Astronauten tun. Um zu untersuchen, was ein solcher Flug mit dem menschlichen Körper macht, geben die Astronauten Blut- und Speichelproben ab und tragen Smartwatches, die ihre Aktivitäten und ihren Schlaf überwachen.

Während dreier Stunden ihrer Mission haben die Astronauten ausserdem eine besondere Aufgabe: Sie sollen die von der Erde abgewandte Seite des Mondes fotografieren und so genau wie möglich beobachten. Dazu wurden sie darin geschult, geologische Formationen zu erkennen und genau zu beschreiben. Denn live vor Ort sehen sie womöglich mehr, als die Fotos zeigen können. Diese Beobachtungen sollen helfen, wenn bei späteren Missionen der Südpol des Mondes erkundet wird.

Ursprünglich hatte die Nasa geplant, gleich mit der Artemis-3-Mission Menschen auf dem Mond zu landen. Doch in den vergangenen Wochen gab es grosse Änderungen am Mondprogramm der Nasa. Neu soll die nächste Mission, Artemis 3, nur die Erde umrunden und im Orbit das Andocken an eine Mondlandefähre erproben. Geplant ist diese Mission für 2027.

Erst eine Mission später, während Artemis 4, soll die Mondlandefähre dann tatsächlich zwei der vier Astronauten aufnehmen und sie in der Nähe des Südpols des Mondes absetzen. Das ist momentan für das Jahr 2028 geplant. Es wäre das erste Mal seit 1972, dass Menschen wieder einen Fuss auf den Erdtrabanten setzen.

Und bei einem kurzen Besuch soll es nicht bleiben. Danach will die Nasa möglichst zweimal pro Jahr Astronauten zum Mond bringen – und zusätzlich mit Dutzenden von unbemannten Missionen tonnenweise Material für eine Mondbasis in der Nähe des Südpols. In schattigen Kratern hofft man, Wassereis zu finden, aus dem sich Trinkwasser, Sauerstoff und Raketentreibstoff herstellen lassen. So liessen sich Transportkosten sparen. In den 2030er Jahren sollen dann dauerhaft Astronauten auf dem Mond leben und arbeiten.

Der Start zum Mond erfolgt mit dem Space Launch System (SLS). Dabei handelt es sich um eine Rakete, die die Nasa zusammen mit amerikanischen Firmen entwickelt hat. Das SLS besteht aus einer Kern- und einer Oberstufe. Zwei Feststoffbooster an den Seiten der Hauptstufe sorgen beim Start für zusätzlichen Schub. Die Aufgabe der Rakete besteht darin, die bemannte Orion-Kapsel in eine hoch über der Erde verlaufende Umlaufbahn zu schiessen. Von dort aus nimmt das Raumschiff dann Kurs auf den Mond.

Das Space Launch System ist das Gegenstück zur Saturn-V-Rakete, mit der die Apollo-Astronauten in den 1960er Jahren zum Mond geflogen sind. Mit einer Höhe von 98 Metern ist das SLS geringfügig kleiner als die Saturn V. Die Rakete entwickelt beim Start aber einen grösseren Schub.

Das Space Launch System ist eine teure Rakete. Die Entwicklung hat über 30 Milliarden Dollar gekostet. Hinzu kommen über 20 Milliarden für die Orion-Kapsel. Jeder Start kostet die Nasa 4,1 Milliarden Dollar. Das ist auf Dauer kaum zu finanzieren. Ursprünglich war geplant, die Oberstufe der Rakete weiterzuentwickeln, damit in Zukunft grössere Nutzlasten zum Mond transportiert werden können. Darauf verzichtet die Nasa aber aus Kostengründen. Stattdessen will man in Zukunft für die Oberstufe auf standardisierte Komponenten setzen, die billiger herzustellen sind.

Die Artemis-1-Mission fand im Jahr 2022 statt. Auch damals war der Mond das Ziel. Im Unterschied zu Artemis 2 war Artemis 1 aber unbemannt. Auch die Flugbahn war anders. Die Orion-Raumkapsel schwenkte damals in eine Umlaufbahn um den Mond ein und umrundete ihn mehrmals. Diesmal verzichtet man aus Sicherheitsgründen darauf. Für eine Umrundung müsste das Raumschiff abgebremst und später wieder beschleunigt werden. Fiele ein Triebwerk aus, wäre im schlimmsten Fall keine Rückkehr zur Erde mehr möglich.

Diesem Risiko will man die Astronauten nicht aussetzen. Stattdessen werden sie den Mond auf einer sogenannten «Free Return»-Trajektorie passieren. Auf dieser Bahn genügt die Schwerkraft von Erde und Mond, um das Raumschiff zur Erde zurückzubringen. Die Astronauten werden die erdabgewandte Seite des Mondes in einem Abstand von 7500 Kilometern passieren. Damit ist ihnen ein Rekord sicher. Noch nie haben sich Menschen weiter von der Erde entfernt.

Ein Flug mit dem Space Launch System ist herausfordernd. Beim Start sind die Astronauten starken Vibrationen und grossem Lärm ausgesetzt. Durch die Beschleunigung der Rakete wirken Kräfte auf sie, die dem Drei- bis Vierfachen ihres Körpergewichts entsprechen. Aufrecht stehend wäre das kaum auszuhalten, weil das Blut in die Beine strömen und eine Ohnmacht drohen würde. Deshalb liegen die Astronauten während des Starts auf dem Rücken.

Die Startphase ist auch deshalb kritisch, weil das Raumschiff noch mit der Rakete verbunden ist. Welche katastrophalen Folgen es haben kann, wenn Treibstoff aus der Rakete austritt und sich entzündet, zeigte sich vor 40 Jahren. Damals explodierte die Raumfähre Challenger kurz nach dem Start. Alle sieben Besatzungsmitglieder kamen ums Leben. Um solche Unfälle zu vermeiden, besitzt das SLS ein Startabbruchsystem. Bei einem Notfall katapultiert es das Raumschiff von der Rakete weg.

Mit dem Erreichen einer stabilen Umlaufbahn sind die grössten Gefahren vorerst gebannt. Kritisch wird es erst wieder, wenn das Orion-Raumschiff nach dem Vorbeiflug am Mond zur Erde zurückkehrt und mit einer Geschwindigkeit von 40 000 Kilometern pro Stunde in die Erdatmosphäre eintritt. Durch die plötzliche Abbremsung wirken Kräfte auf die Astronauten, die sogar noch grösser sein können als beim Start. Am heikelsten ist jedoch die enorme Hitze, die beim Wiedereintritt in die Atmosphäre entsteht. Der aus einem Spezialmaterial bestehende Hitzeschild muss Temperaturen von bis zu 2760 Grad Celsius aushalten, damit das Raumschiff nicht verglüht.