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Chandrayaan 2

Chandrayaan 2 war ursprünglich als Nachfolgesonde für Chandrayaan 1 zusammen mit Russland geplant. Als Starttermin wurde 2011/2012 genannt. Zuerst verzögerte die fehlende Finanzierung das Projekt um ein Jahr. Russland sollte den Lander entwickeln. Nach dem Scheitern von Phobos-Grunt wurde seitens der ISRO die Kooperation mit Russland gelöst. Seitdem entwickelt die ISRO die Raumsonde alleine. Der Start verzögerte sich dadurch mehrfach von 2015 auf die erste Hälfte 2018. In dieser Zeit stieg das Startgewicht von 2.650 auf 3.250 kg an.

Chandrayaan 2 besteht aus einem Orbiter, einem Lander und einem Rover. Chandrayaan 2 wird mit der GSLV Mark III starten. Diese Trägerrakete wird von Indien für den Start schwererer geostationärer Satelliten genutzt. Sie kann mehr als die doppelte Nutzlast der PSLV transportieren, die Chandrayaan 1 startete.

Es gibt trotz des bevorstehenden Starts kaum Informationen über Chandrayaan 2. So wird auch diskutiert, ob die Mission erst im Oktober 2018 starten soll.

Die GSLV transportiert die Sonde wie bei dem Vorgänger die Sonde nicht direkt zum Mond. Stattdessen gelangt sie in einen Orbit mit einem erdnächsten Punkt zwischen 180 und 200 km Höhe und einem erdfernsten in 18.500 bis 24.000 km Höhe. Mehrere Zündungen des internen Antriebs bringen die Sonde dann in einen elliptischen Mondorbit. Der Orbit wird dann mit weiteren Manövern in 200 km Höhe zirkularisiert. Die Bahn ist höher als bei dem Vorgänger, der in der niedrigen Umlaufbahn überhitzte.

Der Orbiter hat acht Instrumente und wiegt mit 1.400 kg in etwa so viel wie die erste indische Mondsonde. Der Bus basiert wie dieser auf dem Kalpan-Satelliten, einem Wettersatelliten Indiens. Es wurde aber der modernere Nachfolger Kalpan-3 (Candrayaan 1: Kalpan 2) als Basis genommen. Der Orbiter soll 2 Jahre im Mondorbit arbeiten. Das zentrale Modul ist ein Zylinder der betankt rund 3 t wiegt. Er wird im unteren Teil um sie Subsysteme des Orbiters in einem Würfel ergänzt. Er wird nicht nur die Sonde in einen Mondorbit bringen, sondern sie schon von einem Erdorbit zum Mond. Diese Strategie, die Sonde zuerst in einem elliptischen Erdorbit zu parken übernahm Indien von der Vorgängersonde Chandrayaan 1.Es gibt einen S-Band Sender für die Telemetrie und einen X-Band Sender an einer in zwei Achsen schwenkbaren Hochgewinnantenne für die Daten der Instrumente.

Der Orbiter trägt Weiterentwicklungen der Experimente von Chandrayaan 1. Diesmal stammen aber alle Instrumente von der ISRO. Die TMC-2 ist ein leichteres Nachfolgemodell der Terrain Map Camera von Chandrayaan 1. Chandrayaan 1 fiel aus, als 45 % der Oberfläche durch die Kamera erfasst waren. Die TMC-2 wird die restlichen 55 % erfassen. Ergänzt wird sei durch die Orbiter High Resolution Camera (OHRC). Sie hat eine höhere Auflösung und soll potenzielle Landeplätze vor dem Abtrennen des Landers erkunden. Das Imaging IR Spektrometer IIRS ist eine verbesserte Version des im sichtbaren Licht arbeitenden Hyperspektralimagers Hysi von Chandrayaan 1. Es arbeitet über das gesamte nahe Infrarot und ersetzt so drei Spektrometer (Hysi, M3, SIR-2).

Ebenso ersetzt das L und S-Band SAR das NASA-Experiment Mini-SAR. Es sucht wie dieses nach Wasservorkommen unterhalb der Mondkruste und soll die Pole kartieren.

Das Large Area Soft X-ray Spectrometer (CLASS) ersetzt das deutsche CIXS Experiment. Es misst die vom Mond zurückgestreuten Röntgenstrahlen. Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, gibt es einen zusätzlichen Röntgenstrahlenmonitor XSM, der die Intensität der solaren Röntgenstrahlen misst. Damit sind die Daten von CLASS kalibrierbar.

Das Massenspektrometer wird direkt neutrale Atome in der äußerst dünnen Mondatmosphäre bestimmen.

Das Abstiegsprogramm wurde schon mit der Moon Impact Probe (MIP) von Chandryaan 1 erprobt. Für die Landung trennt sich der Lander vom Orbiter. Der Lander senkt zuerst den mondnächsten Punkt der Bahn auf 18 km ab. Im neuen mondnächsten Punkt angekommen, leitet er die Landephase ein, die wie bei bisherigen bemannten und unbemannten Landungen zuerst aus einer Phase besteht, in der die Orbitalgeschwindigkeit vernichtet wird, während der Lander auf die Oberfläche fällt. In 7 km Höhe nimmt der Lander dann die Mondoberfläche auf. Er vergleicht die Fotos mit einer digitalen Karte der Mondoberfläche, um seinen Kurs zu bestimmen. Damit soll er mit einer Genauigkeit von 100 m den vorgesehenen Landeort erreichen. Das wäre eine hohe Genauigkeit. Die sowjetischen Lunasonden erreichten etwa 1 km Genauigkeit, die Apollo-Lander im automatischen Modus einige Hundert Meter Genauigkeit.

100 m über der Oberfläche schwebt der Lander einige Zeit und ein Hindernis-Vermeidungssensor überprüft die Oberfläche, ob eine Landung sicher ist. Danach sinkt der Lander langsam ab und schaltet in 2 m Höhe die Triebwerke ab. Den Rest der Strecke fällt er auf die Oberfläche. Der Lander wiegt beim Start 1.250 kg. Sein regelbares Triebwerk mit maximal 800 N Schub wurde mit Ballons in großer Höhe erprobt. Die Betriebszeit beträgt 513 s. Dazu kommen Steuertriebwerke zur Feinregulation und Lageregelung. Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmesser werden als Sensoren neben der Kamera eingesetzt. Als Landeplätze werden zwei Regionen genannt. Zum einen eine südpolnahe Region bei 87,5 bis 88,5 Grad südlicher Breite und ein etwas weiter nördlich gelegener Streifen bei 67 bis 71 Grad südlicher Breite. Der Landeplatz wird erst nach Durchsicht der Aufnahmen durch die OHRSC endgültig festgelegt. Der Lander in Form einer abgeschnittenen Pyramide sitzt beim Start auf dem zylindrischen Treibstofftank des Orbiters das über die Zentralstruktur des Orbiters herausragt, was der Kombination ein etwas seltsames aussehen gibt. Es gibt vier Triebwerke die zuerst alle feuern, dann nur noch zwei und zum Schluss werden diese noch im Schub heruntergeregelt. Die Daten über Höhe und Geschwindigkeit liefert eine Suite aus Beschleunigungsmessern und Laser-Gyroskopen.

Am Landeort angekommen, rollt der 27 kg schwere Rover über eine Rampe herunter. Er befindet sich im Inneren des Landers. Das ist eine andere Vorgehensweise als bei den Lunochods oder Chang‘e-3, bei denen sie sich auf der Oberfläche der den Lander befanden. Sie verkürzt aber die Rampe und auch das Risiko beim Herunterrollen.

Der Rover hat sechs Räder und eine ähnliche Größe und Masse wie der Sojourner von Mars Pathfinder. Lander und Rover werden nur 14 Tage lang arbeiten. Das lässt den Schluss zu, das sie kurz nach Sonnenaufgang landen und die Mondnacht, bei der die Temperaturen auf bis zu -120 °C fallen nicht überleben. Lander und Rover sind solarbetrieben.

Vier der sechs Räder sind beweglich aufgehängt und haben Elektromotoren um sie zu drehen. Damit soll der Rover beweglicher sein. Jedes Rad hat zudem einen Antriebsmotor, sodass der Rover über insgesamt 10 Elektromotoren für die Räder verfügt. Ein einzelnes, senkrecht stehendes Solarpaneel lädt die Batterie des Rovers auf. Die vorderen Räder sind um 10 Grad Drehbar und der Pygram genannte Rover soll Steigungen bis 35 Grad überwinden können.

Drei Experimente hat der Rover. Eine Stereokamera nimmt die Umgebung auf. Ein Spektroskop analysiert die chemische Zusammensetzung der Oberfläche. Es setzt wie das ChemCam-Instrument des MSL (S.327) einen Laser ein, um Gestein in einen Plasmazustand zu versetzen. Ergänzt wird es durch ein Alphateilchenspektrometer, das mittels Alphastrahlen die Mengenelemente des Gesteins bestimmt. Obwohl seit Projektbeginn die Startmasse um 600 kg anstieg, ist es nur ein Rover. Bei dem indisch-russischen Projekt waren noch zwei Rover von je 50 kg Gewicht vorgesehen. Eventuell war der russische Lander bedeutend leichter. Da ein Kilogramme Masse auf dem Mond die Startmasse um fast 4 kg erhöht, ist eine Mondlandesonde sehr gewichtssensitiv. Der Rover hat eine maximale Fahrtgeschwindigkeit von 2 cm/s. Er soll während der 14 Tage Betriebszeit 150 bis 200 m zurücklegen.

Auf dem Lander befinden sich weitere Experimente. Er trägt ein Seismometer, eine Wärmeleitfähigkeitssonde zur Bestimmung der thermalen Eigenschaften des Mondgesteins, eine Langmuirprobe zur Bestimmung des oberflächennahen Plasmas und nutzt den Sender als Experiment. Über ihn kommuniziert auch der Rover mit der Erde. Die Instrumente des Landers wiegen 35 kg.

Missionsverlauf

Am 22.7.2019 startete nach mehrjähriger Verzögerung Chandryaan 2 mit der GSLV Mark III in einen ersten Erdorbit. Es war der vierte Einsatz einer GSLV Mark IIII. Obwohl die Sonde während der Entwicklung um 500 kg schwerer wurde als geplant, konnte die GSLV einen höheren Orbit (6000 km entfernteres Apogäum) erreichen und so kann Chandrayaan 2 Treibstoff sparen. Der erste Orbit führte bis auf 45.540 km von der erde weg und näherte sich ihr bis auf 170 km. Das niedrige Perigäum wurde schon am 25.7. angehoben. Es folgten nun mehrere Erdorbits die sukzessive näher an den Mond heran führten:

Danach schwenkt die Sonde in einen Mondorbit ein, der analog zum Erdorbit geändert wird, nur diesmal abgesenkt

Am 27.8.2019 wurde das erste Foto veröffentlicht, aufgenommen nicht vom Orbiter, sondern dem Vikram Lander. Am 5.9.2019 trennten sich Lander und Orbiter. Während der Orbiter in einer Umlaufbahn von 96 x 121 km verbliebt zündete der Vikram Lander sein Triebwerk für neun  Sekunden und senkte das Perilunäum auf 35 km ab. Am 7.9.2019 fand dann der finale Abstieg über der Südpolregion statt. Doch in 2,1 km Höhe verlor man den Kontakt. Indien gab aber nicht an, das die Mission gescheitert sein, im Gegenteil sie sei zu 95 % erfolgreich. Auf diese Zahl kommt man wenn man das Gewicht der Nutzlast ins Verhältnis setzt und da ist da der Lander ja die Nutzlast auf den Mond befördern soll viel weniger auf dem Lander und Rover installiert. Am 10.9.2019 gab die ISO bekannt man habe mit dem Orbiter den Vikram Lander 500 m vom geplanten Aufsetzpunkt entfernt gefunden, allerdings ohne bisher Kontakt herzustellen. Die NASA wurde um Hilfe gebeten. Der Mondorbiter LRO wird die Landestelle am 17.9.2019 überfliegen und ablichten. Aufgrund sehr langer Schatten war die Auswertung jedoch problematisch. Auf der Aufnahme konnte der Vikram Lander nicht gefunden werden.

Da der Lander nur mit Solarzellen mit Strom versorgt wird und über keine Heizung verfügt welche die Batterien und andere temperaturempfindliche Teile wärmt wird angenommen, das er spätestens 14 Tage nach der Landung den Betrieb einstellt. Während der Mondnacht sinken die Temperaturen ohne Atmosphäre und 14 Tage Nacht stark ab.

Der Ausfall passierte gerade in der Höhe in der der Lander von der "Rought Braking Phase" in die "Precion Braking Phase" (siehe obige Abbildung) übergehen sollte.

Der Mondorbiter wird ein weiteres Jahr lang den Mond umkreisen und erforschen.

Bücher vom Autor über Raumsonden

Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.

2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.

Hier eine Beschreibung des Buchs auf meiner Website für die Bücher, wo es auch ein Probekapitel zum herunterladen gibt. Sie können das Buch direkt beim Verlag kaufen (versandlostenfrei). Dann erhalte ich als Autor eine etwas höhere Marge, aber auch über den normalen Buchhandel, Amazon (obige Links) und alle anderen Portale wie Bücher.de oder Libri.

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