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Lunar Orbiter

Die Anfänge des Projektes Lunar Orbiter

Kamera von Lunar OrbiterAls man beschloss zum Mond zu fliegen, war dies nicht nur der Beginn des bemannten Programms, sondern es machte auch unbemannte Programme zur Vorbereitung dessen notwendig. Als Kennedy 1961 ankündigte zum Mond fliegen zu wollen, lief schon das Projekt Ranger. Dieses hatte das Ziel eine Sonde auf den Mond stürzen zu lassen und dabei Fotos von der Oberfläche zu machen. Für eine bemannte Landung brauchte man aber mehr. Zuerst musste man etwas über die Mondoberfläche wissen: Kann man auf ihr gefahrlos landen? Versinkt man nicht im Staub? Wie ist die Oberfläche beschaffen (Gibt es steile Felsen, Tiefe Krater oder ist es sehr plan?) Das alles sollten die Landesonden Surveyor 1-9 klären. Das zweite war die fotographische Erfassung des Mondes. Für Apollo war nur die Mondvorderseite wichtig, da man auf dieser landete. (Sonst hätten die Astronauten keinen Funkkontakt zur Erde gehabt). Doch selbst diese Seite, die immer der Erde zugewandt ist, kannte man nicht besser als mit einer Auflösung von ca. 400 bis 800 m. Das lag vor allem an der Atmosphäre, deren Luftunruhe man damals noch nicht durch technische Maßnahmen kompensieren konnte. Sie verschmierte Teleskopaufnahmen von der Erde aus. Man benötigte also eine Raumsonde, die den Mond mit erheblich besserer Auflösung fotografieren konnte.

Lunar Orbiter waren nicht die ersten amerikanischen Mondorbiter. Schon im Jahre 1959 gab es das Projekt Pioneer P, wegen der Trägerrakete auch Atlas-Able bezeichnet. Keine der vier Sonden erreichte aber auch nur eine Bahn zum Mond. Am 1.7.1966 sollte schließlich der IMP-D Explorer eine Mondumlaufbahn erreichen. Doch durch eine zu hohe Brennschlußgeschwindigkeit erreichte diese Sonde nur eine Erdumlaufbahn. So wurden die Lunar Orbiter die ersten amerikanischen Mondorbiter.

Die Ursprünge von Lunar Orbiter

Schon am 23.3.1961, also zwei Monate vor der "Mondrede" Kennedys wurde als Ziel für einen Mondorbiter definiert:

  1. Möglichkeit Objekte bis zu 10 km Größe zu erkennen
  2. Fotographie ausgewählter Gebiete mit 100 m Auflösung
  3. Globale Fotographie in 1 km Auflösung
  4. Gewinnung von Stereoaufnahmen

Lunar OrbiterZuerst dachte man bei Surveyor daran eine Raumsonde zu bauen, die eine gemeinsame Basis für einen Orbiter und einen Lander stellte. Der Zentralkörper mit der Elektronik wäre identisch gewesen, die Nutzlast und Treibstoffzuladung hätten differiert. Doch zeigte sich, das dieses Konzept zu aufwendig gewesen wäre. Als man im letzten Quartal 1961 die ersten Performance Daten der Centaur Oberstufe hatte und die Höchstnutzlast von 1100 auf 950 kg reduzieren musste, war dieses getrennte Konzept nicht mehr praktikabel, da ein gemeinsamer Basiskörper schwerer war als ein spezialisierter. Man beschloss daher, die Orbiter als eigenständige Raumfahrzeuge auszulegen.

1962 wurde dessen Leistung festgelegt:

  1. Globale Fotographie mit 45 m Auflösung
  2. Ausgewählte Gebiete mit 4.5 m Auflösung (20 Grad Breite, 45 Grad Länge)
  3. Landezonen von Apollo mit 1.2 m Auflösung.

Mehrere Vorschläge wurden diskutiert, so ein spin-stabilisierter Orbiter von 320 kg Masse und 0.5 m Maximalauflösung aus 40 km Höhe. RCA wollte die Ranger Mondsonden so modifizieren, dass sie eine TV Kamera in einen Orbit trugen. Doch diese hätte in der Weitwinkel Version nur 130 m Auflösung und in der Televersion 30 m Auflösung gehabt. Ursprünglich war eine zweite Serie der Surveyor, die Surveyor B für die Aufgabe geplant. Doch im Laufe des Jahres 1962 kamen dem NASA Hauptquartier Zweifel ob das JPL nicht mit dem Auftrag überfordert war. 1962 gingen alle drei Ranger Block Ii verloren, die ebenfalls vom JPL entwickelte Mariner 2 Raumsonde hatte ebenfalls zahlreiche Systemausfälle auf dem Weg zur Venus zu beklagen und verstummte wenige Tage nach der Passage. Das NASA-Hauptquartier beauftrage das Langley Forschungszentrum eine Alternative zu Surveyor B zu untersuchen und dieses erarbeitete ein Low-Riskoprogramm das auf fotografischem Film anstatt TV-Kamera beruhte und es bekam den Zuschlag das Programm umzusetzen. Surveyor B wurde gestrichen. das war am 31.3.1963. Am 30.8.1963 folgte dann die formelle Ausschreibung des Lunar Orbiterprogramms.

Es gab schließlich fünf Bieter für den Auftrag: Hughes, TRW/STL, Lockheed, Boeing und Martin. Den Zuschlag erhielt Boeing, obgleich auch andere Bieter eine gute Ausgangsposition hatten. So fertigte Hughes schon die Surveyor Mondsonden und der TRW Vorschlag war der erste, der die Anforderungen der NASA erfüllte. Eventuell reflektierte dies auch die bei der Saturn umgesetzte Strategie Aufträge weit zu verteilen um in möglichst vielen Unternehmen ein Know-How aufzubauen.

Boeing bekam auch den Zuschlag, weil sie bisher entwickelte Hardware benutzte. Der Sternsensor stammte aus dem Mariner Programm, das Triebwerk aus dem Apollo Programm und das Kamerasystem war eine Modifikation des Samos Systems der USAF, welches auch in den ersten Aufklärungssatelliten eingesetzt wurde. Dieses System arbeitete auch als einziges mit einem Entwicklungsprozess ohne flüssige Chemikalien, was die Konstruktion erheblich vereinfachte.Im Dezember 1963 wurde Boeing selektiert und am 10.4.1964 der Vertrag abgeschlossen. Er sah die Lieferung von fünf Orbitern für 80 Millionen Dollar vor. Das Gesamtprogramm sollte 200 Millionen Dollar kosten.

Es war auch geplant einen zweiten Set (Block II) von Lunar Orbitern zu bauen, die mit weiteren Experimenten (Gammastrahlen-Detektor, Infrarot-Temperaturbestimmung, RADAR, Photometrie/Colormetrie zur Mineralbestimmung, Radiometrie um den Temperaturgradienten zu bestimmen, Röntgenstrahlenspektrometer zur Mineralbestimmung, Solarplasma Detektion, Magnetometer und Ionosphärendetektoren) ausgestattet sein sollten. Doch aus Geldmangel wurden diese nicht gebaut, Dafür wurden neben den fünf Flugexemplaren noch drei weitere für Bodentests gebaut. Diese sollten für 29.3 Mill. USD gebaut werden, doch stiegen die Kosten bis Mitte 1966 um 10 Mill. USD an. Schließlich kostete die Fertigung jedes weiteren Lunar Orbiter 13 Millionen USD.

Der Lunar Orbiter

Den Auftrag für den Satelliten selbst bekam Boeing.schnittzeichnung Lunar Orbiter

Lunar Orbiter war ein sehr kompakter Satellit mit nur 1.52 Kantenlänge und 1.68 m Höhe. Der Durchmesser wurde diktiert durch die Agena D Oberstufe, die ebenfalls 1.52 m Durchmesser hatte, Da ein Lunar Orbiter nur 382-387 kg wog, konnte man auf die Atlas Centaur als Trägerrakete verzichten und die Atlas Agena D benutzen. Aufgeklappt hatte der Orbiter eine Spannweite von 3.96 m (über Solarzellen) bzw. 5.61 (von Antennenspitze zu Antennenspitze). Der Aufbau ist dreiteilig: Oben das Antriebsmodul, in der Mitte das Instrumentenmodul und unten der Rahmen für Antennen und Solarpanels.

Die vier Solarpanel mit 10.856 Solarzellen lieferten eine Spitzenleistung von 450 Watt. Eine 12 Amperestunden Nickel-Cadmium Batterie lieferte 118 Watt über maximal 12 h wenn die Solarpanel nicht beleuchtet waren. Die Borstromversorgung konnte so zwischen 22 und 31 Volt schwanken. (Batterie/Solarstrom). Nominelle Spannung an Bord war ein 28 V Netz. Benötigt wurden 266 Watt für den Betrieb. Kommuniziert wurde mit der Erde über eine Parabolantenne mit 1.32 m Durchmesser und 10 Watt Sendeleistung und 50 KBaud Übertragungsrate im S-Band bei 2295 MHz. Dazu kam ein Signalsender, der auf dem Flug von rund 90 Stunden Dauer zum Mond betrieben wurde. Er sandte mit 0.48 Watt ein Trägersignal, aufgrund dessen man die Position und Geschwindigkeit der Sonde bestimmen konnte. An seine ominidirektionale Antenne war auch ein  Kommandoempfänger angekoppelt über den man mit Lunar Orbiter kommunizieren konnte wenn die Hochgewinnantenne nicht korrekt ausgerichtet war.

Lunar Orbiter hatten noch keinen Computer im heutigen Sinn, aber einen zeitgesteuerten Kommandogeber, der aus 600 integrierten Schaltkreisen bestand (allerdings in sehr niedriger Integrationsdichte). Die Wortbreite betrug 21 Bit, die Taktfrequenz 2.4 KHz. Speicher war ein 2688 Bit Ringkernspeicher (entsprechend 128 Worten à 21 Bit). Dieser nur schuhkartongroße Kommandogeber konnte alle Befehle mit denen man die Sonde steuern konnte zwischenspeichern und zu einem festgelegten Zeitpunkt abrufen. Die 128 Worte waren ausreichend um die Befehle für 16 Stunden Betrieb aufzunehmen. Die Verwendung von integrierten Schaltungen erlaubte es diesen so klein zu fertigen und dabei 6 kg Gewicht einzusparen.

Zum Einschuss in die Mondumlaufbahn wurde ein Triebwerk mit 454 N Schub benutzt, welches mit den Treibstoffen Aerozin / Stickstofftetroxyd betrieben wurde. Die Lageregelung wurde von einem separaten System, betrieben mit Stickstoff Kaltgas durchgeführt. Dazu dienten Sonnensonden und ein Kanopus Sternsensor. Ursprünglich sollte das 445 N Marqward Triebwerk die Geschwindigkeit um 1100 m/s ändern können, so dass eine Bahn von 46 × 925 km erreichbar war. Doch der Marquard Motor erreichte nicht den dazu nötigen hohen spezifischen Impuls von 2845, so dass alle Mondorbiter wesentlich exzentrischere Bahnen hatten.

Die Lageregelung erfolgte durch fünf Sonnensensoren, einen Kanopus Sternensensor und eine IRU (Inertial Reference Unit) mit Gyroskopen. Diese kamen während kurzer Perioden zum Einsatz wenn durch Lageänderungen des Orbiters der Kanopus Sternsensor nicht auf diesen zeigte. Die Temperaturkontroller erfolgte durch Bemalung der Sonden mit reflektierender Farbe, mehreren Lagen Aluminiumfolie und Heizelementen. Sie sorgten für eine Temperatur im Inneren zwischen 2 und 29°C.

Die Instrumente

FilmentwicklungDie instrumentelle Nutzlast war mit 64 kg gemessen an der Startmasse der Sonde sehr groß. Bei der primären Nutzlast handelte es sich um ein Kamerasystem mit einer Tele- und einer Weitwinkelkamera. Es basierte auf der Technologie der ersten Spionagesatelliten des Typs SAMOS.

SAMOS hatte die Entwicklung von Film an Bord eines Satelliten 1960/1961 erprobt. Die Technologie funktionierte, wurde aber verworfen, da für das NRO die Nachteile (begrenzte Bandbreite, unkodierte Übertragung, keine Möglichkeit mehr Film als bei einem Übertragungspass übertragen wird auf einmal aufzunehmen) zu hoch war.

KODAK bekam die Erlaubnis die E-1 Kamera der SAMOS-A Generation bei seiner Bewerbung um den Lunar Orbiter Auftrag zu verwenden. Sie ersetzten die Linse mit 1830 mm Brennweite der Spionagesatelliten durch eine 80 mm F/2.8 Weitwinkel und eine 610 mm F/5.6 Telephotolinse. Damit entstanden zwei Aufnahmen gleichzeitig, wobei eine Bewegungskompensation ausgerichtet auf Telebrennweite eingebaut wurde.

Mit einem verbesserten halbtrockenen Entwicklungsprozess war die Kamera von KODAK zwar die teuerste aller vier Vorschläge, die NASA erhielt, aber als einzige übertraf sie alle Anforderungen und die anderen drei mit einem flüssigen Entwicklungsprozess wurden als problematisch im Vakuum und unter harter Strahlung eingeschätzt. So bekam am 20.12.1963 KODAK den Entwicklungsauftrag.

Die Telekamera hatte 610 mm Brennweite und die Weitwinkelkamera 80 mm (ca. 35 Grad Gesichtsfeld). Die Telekamera war so fixiert, das ihr Blickfeld in der Mitte der Weitwinkelkamera lag. Sie wurde auch für ein System der Bewegungskompensation genutzt. Mit diesen Kameras wurde 70 mm Spezialfilm (Typ SO-243 High Definition Aerial Film) belichtet. Für diesen Film wird eine Auflösung von 500 Linienpaaren/mm gerannt. Die Blende betrug 5.6 und Belichtungszeiten von 1/25-1/100 Sekunde waren möglich. Alle 1.6 sec war eine Aufnahme möglich.

Aus 46 km Höhe hatte eine Teleaufnahme eine Größe von 4.15 x 16.6 km. Eine Weitwinkelaufnahme hatte Abmessungen von 31.6 x 37.4 km.

Nach einer Aufnahme mit der Weitwinkelkamera wurde mit der Telekamera und einem Spiegelsystem ein 5 × 20° breiter Streifen aufgenommen. Danach wurde der Film um 29.693 cm weiter transportiert. So wurde jeweils ein quadratisches Weitwinkelbild und ein rechteckiges Telebild aufgenommen. Die Gesamtlänge des Films betrug 80 m. Je nachdem, wie man die Frames unterteilt (in rechteckige oder quadratische Teleaufnahmen oder nur in Frames) erhält man verschiedene Bilderzahlen für die Missionen. Es waren automatische Sequenzen von 1, 4,8 oder 16 Fotos möglich.

Lunar Orbiter KamerasDieser Film wurde an Bord entwickelt, indem er gegen einen zweiten gepresst wurde, der mit Entwicklungs- und Fixierlösung getränkt war. Diesen Bimat Prozess hatte Kodak entwickelt, welche daher auch die Kamera bauten. Er wurde damals auch in den Polaroid-Sofortbildkameras eingesetzt. Etwa 3,5 Minuten war der Film in kontakt mit dem Entwicklerfilm. Nach dem Trocknen bei 85° Fahrenheit (29.4°C) wurde der Film auf einer Rolle aufgewickelt und dort zwischen gespeichert. Da die halbtrockene Entwicklung nicht im Vakuum funktioniert - dort würde die Flüssigkeit die noch am Entwicklerfilm ist sofort verdampfen, war das ganze Kamerasystem hermetisch abgeschirmt und einem Druckbehälter untergebracht in dem ein Druck von 120 mb herrschte. Das System war mit Stickstoff unter Druck gesetzt und in der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit geregelt. Die Linsen schauten durch ein 80 mm großes Quarzfenster auf die Oberfläche.

Zum Digitalisieren wurde der Film streifenweise abgetastet, wobei jeweils 2.68 mm auf einmal abgetastet wurden. Ein Lichtstrahl von 5 Mikrometern Größe tastete dann den Film ab. Ein Bildpunkt hatte auf dem Film eine Größe von 6.4 Mikrometer. Pro Millimeter Film wurden 286 Messungen gemacht. Die Helligkeitsabschwächung wurde von einem Photomultiplier in ein elektrisches Signal übersetzt. Die Breite des Films entsprach 8360 Punkten, die Länge 9.880 bzw. 33.288 Pixel.

Die digitalisierten Informationen wurden zur Erde übermittelt. Die Bilddaten wurden auf eine 10 MHz Frequenz aufmoduliert. Genutzt wurde dafür eine Bandbreite von 310 kHz. Es dauerte etwa 43 Minuten ein Bild zur Erde zu übertragen. (rund 32.000 Bildpunkte/s).  Im Idealfall war die Übertragung von zwei bis drei Bildern pro Orbit möglich und die rund 212 Bilder pro Mission wurden in etwa 12 Tagen übertragen.

Auf der Erde wurden die Daten zuerst analog auf ein Ampex FR-900 Magnetband gespeichert, das in professionellen Videorekordern eingesetzt wurde. Die Daten wurden dann ausgelesen und damit wiederum der Elektronenstrahl eines Videomonitors mit sehr langer Leuchtdauer gesteuert. (beschichtet mit RCA C24031 kinescope Phosphor). Dieser konnte nur acht Graustufen darstellen und unterdrückte sowohl sehr helle wie auch sehr dunkle Bereiche. Das Bild des Videomonitors wurde mit einer 35 mm Kamera abfotografiert (auf SO-349 Film) und meistens wurden mehrere Teilrahmen zu einem größeren Bild zusammenkopiert.

Lunar Orbiter KameraDie Kamera wurde der Bewegung des Raumfahrzeuges nachgeführt, indem die Bewegung des Untergrundes durch einen elektrooptischen Sensor erfasst wurde und die Kamera entsprechend nachgeführt wurde. Der Orbiter war so ausgerichtet und durch Gyros stabilisiert, dass die Kamera ständig senkrecht auf die Mondoberfläche zeigen konnte. Es gab verschiedene Modi um die Kamera zu schwenken. Sie konnte 4, 14 oder 20 Bilder in einer Reihe machen. Es konnten Stereoaufnahmen angefertigt werden oder kontinuierlich Aufnahmen die sich maximal überlappten um ein Landegebiet aus verschiedenen Blickwinkeln abzulichten. Überlappungen von 5 bis 50,1% pro Bild waren einstellbar.

  Weitwinkelkamera Telekamera
Brennweite: 80 mm 610 mm
Blende 4,5 5,6
Optikdurchmesser 17,8 mm 109 mm
Blickfeld aus 46 km Höhe 31,6 x 37,4 km 16,6 x 4,15 m
Pixel 8.360 x 9.880 8.360 x 33.288

Die Datenübertragung eines 2.68 × 65 mm langen Streifens (Framelets) dauerte 23 Sekunden. Ein Telebild bestand aus 26, eine Weitwinkelbild aus 86 Framelets. Die Übertragung eines Weitwinkel und Telebildes dauerte so 43 min. Auf der Erde kehrte man den Prozess um: Man speicherte die Bilder nicht digital sondern belichtete durch Steuerung der Lichtintensität 35 mm Film. So wurde aus einem 2.5 × 65 mm Segment auf der Erde ein 20 × 420 mm langer Filmstreifen. Diese wurden dann aneinander gelegt um das Bild zu erhalten. Diese Segmente sind auf vielen Bildern als Kanten sichtbar.

Es gab zwei Auslesephasen. Die erste stand nach dem Entwickeln an. Nachdem der gesamte Film entwickelt war, wurde der Bimatfilm abgeschnitten und man konnte nun den gesamten Film erneut abtasten, diesmal aber in wesentlich höherer Qualität, da der Lichtstrahl nicht auch noch den Entwicklerfilm passieren musste. Immerhin reichte "Vorausschau" aus gravierende Fehler wie Trübungen, Risse oder ähnliches zu erkennen.

Das zweite Experiment war die Verfolgung der Telemetrie. Dazu wurde der Sender mit 0.48 Watt Sendeleistung an der ungerichteten Antenne benutzt. Durch die Dopplerfrequenzverschiebung konnte man die Geschwindigkeit des Raumfahrzeuges ermitteln und damit die Veränderung des Orbits. Die Funksignale wurden auf der Erde von IBM 7044/7049 Computern in Echtzeit ausgewertet Dies war möglich während der ersten Ellipsen um den Mond und während der erweiterten Mission, wenn alle Bilder übertragen waren. Das Experiment sollte während 60 Tagen arbeiten, wurde aber meist betrieben, solange die Orbiter keine Bilder zur Erde sandten.

Auf dem Treibstoffbehältern befand sich auch ein einfacher Meteoritendetektor. 20 halbzylindrische Behälter waren mit Helium Gas unter Druck gesetzt. Ein Meteoritentreffer veränderte den Gasdruck, da dieses dann ausströmen konnte. Dies wurde detektiert. Die Dicke der Behälterwand betrug nur 0.0127 mm, es handelte sich also mehr um eine Folie aus Beryllium-Kupfer.

Zwei Cäsium-Jodid Dosimeter sollten die Strahlung bestimmen. Dazu waren zwei Szintillatoren auf Basis von Cäsium-Jodid genauso abgeschirmt wie der Film und die Apollo Modulwand bzw. ein Raumanzug (2 g/cm² und 0.17g/cm² Aluminium). Dies schirmte vor Partikeln mit Energien von 40 bzw. 11 MeV ab. Ziel war die Bestimmung der Schwärzung des Films durch Strahlung (2 g/cm² Abschirmung) bzw. der Strahlenbelastung der Astronauten auf dem Mond (0.17 g/cm²). Dieses Experiment wog nur 0.9 Kilogramm.

Die Missionen

Es gab insgesamt fünf Satelliten. Die primäre Aufgabe war die Fotographie von potentiellen Apollo Landeplätzen. Es gab deren vor dem ersten Flug 20: 10 primäre und 10 Ausweichlandeplätze (Man ging von 20 Apollo Missionen aus, wobei Apollo 11 die erste Mission war die landen sollte). Jeder Landeplatz hatte eine Größe von 5 x 8 km. Dazu wurden die Orbiter in einen Orbit gebracht der ein Perilunäum von 45 km und ein Apolunäum von 1.830 km hatte. Der Orbit war nur um 12 Grad zum Mondäquator geneigt, da alle Mondlandeplätze der frühen Apollomissionen in Äquatornahe lagen. Jede Mission sollte 30.000 km² mit der Weitwinkelkamera und 10.000 km² mit der Telekamera ablichten. Alle Mondorbiter übertrugen sobald sie im Orbit waren zuerst Testbilder, die schon auf der Erde belichtet waren den "Goldstone Test Film" um das Aufnahmesystem zu testen.

Das Programm konnte sehr schnell umgesetzt werden, obwohl Lunar Orbiter drei Jahre nach Surveyor genehmigt wurde, wurde der erste Orbiter kurz nach Surveyor 1, weniger als zweieinhalb Jahre nach Selektion von Boeing als Auftragnehmer gestartet.

Das primäre Missionsziel wurde schon mit den ersten drei Orbitern erreicht, so dass die beiden letzten die Aufgabe hatten, Regionen zu fotografieren, die wissenschaftlich besonders wertvoll erachtet wurden. Das ganze Programm wurde in nur etwas mehr als einem Jahr (1.8.1966 bis 7.8.1967) abgewickelt, wobei die Orbiter in nur wenigen Tagen Aufnahmen machten und diese dann über etwa 3 Wochen zur Erde sandten. Hinsichtlich der Bahnen und Fotos hatten die Apollo Missionen oberste Priorität. Dies drückt sich auch darin aus, dass alle Fotos von Lunar Orbiter bei schrägem Lichteinfall von 25-40° gemacht wurden um auswertbare Schatten für die Höhenmessungen von Felsen, Kraterrändern etc. zu erhalten. In dieser Hinsicht sind die Fotos auch heute noch unübertroffen, denn spätere Missionen machten Fotos bei steilerem Lichteinfall.

Bild der Erde von Lunar Orbiter 1 aus.Lunar Orbiter 1

Lunar Orbiter 1 hatte die Aufgabe die 10 primären Landeregionen zu fotografieren. Er wurde am 10.8.1966 gestartet. Nach einem Kursmanöver am 11.8. bei dem das Haupttriebwerk für 32 s zündete schwenkte der erste US-Orbiter am 14.8. in eine Umlaufbahn ein. 579 s lang arbeitete das Triebwerk und bremste die Sonde um 790 m/s ab.

Lunar Orbiter schwenkte in eine stark elliptische Bahn von 187 / 1858 km Mondentfernung ein. Die Bahn war nur zu 12.14° zu dem Mondäquator geneigt, da die Mondlandeplätze in äquatornahen Regionen lagen. Die Kartierung begann am 18 August 1966. Sie wurde am 19.8 unterbrochen. Am 21.8.1966 und 25.8.1966 wurde die Bahn abgesenkt, zuerst auf 56 und dann auf 39 km Höhe. Der Orbiter näherte sich nun dem Mond bis auf 39 km und entfernte sich bis zu 1685 km. Aus dieser Bahn wurden weitere Aufnahmen gemacht. Insgesamt übermittelte er 42 Teleaufnahmen und 187 Weitwinkelaufnahmen (187 Frames) bis zum 30.8.1966. 65,6 m Film wurden belichtet. Insgesamt 12 Tage dauerte die Kartierungsmission. Das Auslesen der Daten wurde dann nochmals wiederholt bis zum 14.9.166. Insgesamt wurden 262.000 km² der Mondvorderseite und 3 Millionen km² der Mondrückseite photographisch erfasst. "Die Gesamtfläche die Lunar Orbiter 1 kartierte entspricht der Größe Englands, die kleinsten Details haben die Größe eines Londoner Autobusses." erklärte Oran W. Nicks, Leiter der Mond und Planetenprogramme der NASA. England hat eine Fläche von 229.850 km² und ein Autobus ist typischerweise etwa 20-25 m lang.

Die Bilder für die Kartierung hatten Kantenlängen von 200 km (Telekamera) und 1500 km (Weitwinkelkamera). Dabei wurden aber Teleaufnahmen aus größerer Mondentfernung gemacht um möglichst viel Fläche abzudecken. Dies deckte 75 % der geplanten Mission ab. Lunar Orbiter 1 erfasste neun primäre und sieben sekundäre Landeplätze und 11 Regionen der Mondrückseite. (Die frühen Teleaufnahmen waren verschmiert). Lunar Orbiter 1 machte auch die ersten beiden Bilder der Erde aus Mondentfernung. Dazu musste die Sonde gedreht werden, so dass Sie den Mondrand aufnehmen konnte. Dies war im Missionsplan nicht vorgesehen und bei Boeing gab es Bedenken, dass dabei die Kamera durch direkte Sonneneinstrahlung beschädigt werden könnte. Doch wegen der öffentlichkeitswirksamen Bedeutung wurden im ganzen Programm solche Aufnahmen gemacht. Mikrometeoriten konnten während der Mission nicht detektiert werden. Obgleich für eine Mission von einem Jahr ausgelegt, wurde der Orbiter am 29.10.166 gezielt auf den Mond gelenkt, um die Kommunikationswege für Lunar Orbiter 2 freizumachen und weil das Stickstoffkaltgas zu Ende ging. Er verbrauchte erheblich mehr Gas als geplant und der Restvorrat würde nur noch für fünf bis acht Wochen reichen. Weiterhin zeigten Messungen immer höhere Temperaturen und Systeme degradierten. Man wollte vereiden das der Orbiter unkontrollierbar war, sein Sender aber noch aktiv war und damit die Kommunikation stören konnte. Mit einer letzten Zündung von 97 s Dauer brachte man Lunar Orbiter 1 im 577 Orbit zum Absturz, Er zerschellte bei 7 ° Nord , 161° Ost. Während seiner Mission wurde er von keinem Mikrometeoriten getroffen.

Lunar Orbiter lieferte nur wenige brauchbare Teleaufnahmen. Sie waren verschmiert. Die Ursache war eine vorrübergehende elektrische Interferenz, die verhinderte das der Verschluss synchron mit der Filmbewegung arbeitete. Das Problem konnte nicht gelöst werden, sodass es nur Teleaufnahmen der Mondrückseite gibt, als man wegen der großen Höhe die Bewegungskompensation abschaltete. Ein weiteres Problem ist das BIMAT-Film an und an an den Fotos haftete und diese beschädigt. Die Lösung war es die Fotos schneller zu machen, wodurch der Entwicklerfilm nicht so lange in Kontakt mit dem Film blieb. Anstatt Fotos alle vier Umläufe zu machen, musste man jeden Orbit welche machen. Die Zahl der im Detail zu untersuchenden Gebiete halbierte sich so.

Für die Öffentlichwirksamkeit ergab sich so aber eine Chance - die Aufnahmen die nun nicht die Landeplätze zeigten mussten ja genutzt werden. So entstand das Bild der aufgehenden Erde über dem Mondrand nur aus dem Grund weil es eines dieser "Füllfotos" war. Spätere Missionen erhielten analoge "Füllfotos" die ebenfalls sehe spektakulär waren.

LKopernikus von obenunar Orbiter 2

Der zweite Orbiter sollte die Kartierung von Apollo Landeplätzen fortsetzen. Man hatte inzwischen die Anzahl der Landeplätze auf 13 primäre und 23 Sekundärlandeplätze erweitert. Weiterhin stellte man bei Lunar Orbiter 1 Abweichungen der Orbits von der Berechnung fest. Man führte dies auf Masse-Konzentrationen (Mascons) zurück und die Vermessung der Funksignale von Lunar Orbiter 2 sollte hier mehr Aufschluss ergeben. Diese Massekonzentrationen konnten die Abstiegsbahn der Mondfähren beeinflussen und so die Fähren vom Kurs abbringen. Neben den Meteoritendetektoren von Lunar Orbiter 1 hatte man einen zweiten Mikrometeoritendetektor angebracht. Auf diesen verzichtete man bei den nächsten Missionen wieder, da man während der gesamten Mission von einem Jahr nur drei Einschläge detektieren konnte.

Lunar Orbiter 2 wurde am 6.11.1966 gestartet. Nach 44 Stunden fand eine Kurskorrektur um 21 m/s statt, bei dem das Haupttriebwerk 18,6 s lang betrieben wurde. Das brachte den Orbiter auf einen Kurs der sie 2.732 km über die Oberfläche.

Er schwenkte am 10.11.1966 in eine erste Bahn von 196 km Mondnähe und 1857 km Mondferne mit einer Neigung von 11.8° ein. Dazu wurde das Triebwerk 611,6 s lang betrieben und es senkte die Geschwindigkeit um 830 m/s ab. Die Umlaufbahn war nahe der Vorgabe von 200 x 1850 km. Da Luna 12 sich ebenfalls in einer Mondumlaufbahn befand waren erstmals zwei Raumsonden in einer Mondumlaufbahn.

.. und aus 40 km HöheDiese erste Bahn wurde nach 33 Umläufen auf 40 km Periselen und 1853 km Aposelen abgesenkt. Das Triebwerk änderte die Geschwindigkeit um 28 m/s als es 17,4 lang brannte.  Es gelangen zwischen dem 18 und 25.11.1966 insgesamt 208 Aufnahmen von 13 potentiellen primären und 17 sekundären Landeplätzen, die bis zum 7.12.1966 übertragen wurden. Die letzten 6 Bilder konnten wegen Ausfalls des Verstärkers für den 10 Watt Sender nicht übertragen werden. (205 Frames erfolgreich übertragen).

Das hier abgebildete Fotos des Kraters Kopernikus (von oben und schräg aus 46 km Höhe und 240 km Entfernung) wurde von Zeitungen zum Foto des Jahres gekürt. Es war eines der nach Lunar Orbiter regelmäßig eingeschobenen "Test-Pictures" die ein Haften des Bimat-Entwicklerfilms am eigentlichen Films verhindern sollten, die man bei Lunar Orbiter 1 beobachtet hatte.

Hatten die besten Aufnahmen von Orbiter 1 noch Auflösungen von 8 / 275 m, so machte Orbiter 2 mehr Teleaufnahmen und Aufnahmen aus niedriger Höhe, so dass die Auflösung auf 1 m bei Telekamera und 33 m bei Weitwinkelaufnahmen stieg. Damit hatte man die meisten Apollo Landplätze in ausreichender Genauigkeit erfasst.

Abdeckung druch Lunar Orbiter2Am 8.12.1966 wurde  durch einen 62 s Betrieb des Triebwerks die  Inklination auf 17.5° der Bahn erhöht. Der Orbiter wurde nun noch genutzt um seine Bahn zu verfolgen und durch die stärker geneigte Bahn die Mascons noch etwas besser zu erforschen. Am 14.4.1967 verkürzte man die Bahn um die Dauer in der Mondfinsternis am 24.4.1967 zu reduzieren.  Als es mehr und mehr Alterungserscheinungen in den Systemen gab entschloss man sich bei der NASA den Orbiter zu deorbitieren. Ein 71 s langer Betrieb des Triebwerks senkte die Bahn ab und der Orbiter stürzte am 11.10.1967 bei 3°N, 119.1° Ost ab.

Nach der Mission von Lunar Orbiter II waren 3,8 Millionen km² Fläche abgelichtet, davon 38.000 km² mit den Teleaufnahmen - potentielle primäre Apollolandeplätze.

Lunar Orbiter 3

Survenyor 1 LandeplatzDer dritte Orbiter sollte nun nicht neue Landeplätze erfassen, sondern die bisherigen besser erfassen, z.B. ob die Lichtbedingungen für eine Landung geeignet sind. Weiterhin wurde die Auswahl nun auch auf wissenschaftlich interessante sekundäre Landeplätze erweitert. Fünf Landegebiete in einem 26 Grad breiten Streifen wurden abgelichtet, der Rest der Aufnahmen stand für wissenschaftliche Aufnahmen zur Verfügung.

Nach dem Versagen des Verstärkers wurde der Verstärker für Lunar Orbiter 2 durch Boeing ausgewechselt durch einen der höherem thermalen Stress aushielt. ebenso überarbeitete Kodak den Bimatprozess um Blasenbildung zu vermeiden.

Nach dem Start war das kleinste Kurskorrekturmanöver bei allen Lunar Orbitern nötig: Nur um 4,4 m/s. Das verschob den Punkt der nächsten Annäherung auf 835 km über die Oberfläche und 19 Minuten früher als geplant. Beim Mond bremste er um 704,5 m/s ab, 13 Grad gegen die Bewegungsrichtung geneigt. Das erhöhte die Inklination auf 21 Grad. Ein erster Orbit von 210 x 1.802 x 20,9 Grad wurde erreicht.

Nach 4 Tagen wurde am 12.2.1967 durch eine weitere Zündung mit einem dV von 50,7 m/s eine 55 km / 1850 km Bahn umgewandelt um mehr hochauflösende Fotos zu gewinnen. Nur aus diesem zweiten Orbit gab es von 15 bis zum 23.2.1967 Bilder, die bis zum 4.3.1967 ausgelesen wurden. Dann versagte der Transportmechanismus für den Film, so dass etwa ein Drittel des Films (72 Frames) nicht ausgelesen werden konnten.

Lunar Orbiter 3 sandte 139 Aufnahmen zur Erde, darunter einige mit Auflösungen von bis zu 1 m. Auf dem links abgebildeten Foto ist die Umgebung der Mondsonde Surveyor 1 abgebildet. Dies waren 650.000 km² der Mondvorderseite und 15,5 Millionen km² der Mondrückseite, darunter die späteren Landestellen von Apollo 11 und Surveyor 3.  Es begann am 14.4 die erweiterte Mission. Anders als die anderen Lunar Orbiter wurde durch einen Triebwerksstart am 12.54. in eine fast kreisförmige, mondnahe 143 x 315 km Bahn platziert. Am 12.6. wurde die Bahn in 160 km Höhe zirkulalisiert. Dies sollte die spätere 100-Mielen Bahn von Apollo simulieren und die Bahnstörungen auf diese erfassen. Dies führte zu mehr Störungen durch Mascons, so dass die Sonde schon am 9.10.1967 vor Lunar Orbiter 2 bei 14.25 Nord und 92.7 West nach einem kontrollierten Deorbit um 53 m/s aufschlug.

Mit diesem dritten Orbiter waren alle 36 Primär- und Sekundärlandeplätze erfasst, die idealen ausgewählt und damit die Vorbereitungen für das Apollo Programm abgeschlossen. Man konnte nun die beiden verbliebenen Orbiter nutzen um mehr wissenschaftliche Aufnahmen zu gewinnen. So hatten bislang alle Lunar Orbiter kleine Gebiete der Mondvorderseite erfasst, meistens nahe des Äquators. Es fehlte die Erfassung der Mondrückseite und der polnahen Gebiete.

Lunar Orbiter 4

MondrückseiteNachdem Lunar Orbiter 1 bis 3 die primären Ziele erfüllt hatten, nämlich die potentiellen Landeplätze von Apollo und Surveyor im Detail zu erfassen, beschloss man die beiden restlichen Lunar Orbiter für die Wissenschaft einzusetzen. Lunar Orbiter sollte dazu in eine fast polare Umlaufbahn mit einer Bahnneigung von 85,5 Gad (verglichen mit rund 12 Grad bei den vorherigen Missionen) und einer Höhe von 2.520 x 6.290 einschwenken. Diese größere Höhe (bisher lag das Apolunäum bei 1.850 km) erlaubt es mit den wenigen Bildern die es gab einen Großteil der Mondoberfläche zu erfassen. Aus dem Apolunäum konnte man sogar den ganzen Mond mit der Weitwinkelkamera erfassen. Aus diesem Orbit erreichte man mit der Telekamera eine globale Abdeckung der Mondvorderseite mit einer Auflösung von 50 bis 100 m, etwa zehnmal besser als die besten Teleskopaufnahmen die bisher die Grundlage für den Mondatlas waren. Die Mondrückseite würde man noch mit einer Auflösung von 1,2 bis 1,6 km erfassen können. Die Bahn wurde so gewählt da sie eine Umlaufdauer von 12 Stunden hatte, was für die Bodenmannschaften den Arbeitstag bedeutend vereinfachte.

Nachdem bei Lunar Orbiter der Tranportmechanismus beim Auslesen versagte hatte, beschloss man den Film rückwärts, also vom letzten Bild ausgehend auszulesen, das ersparte das vorspulen bis zum Anfang. Weiterhin hatten alle Lunar Orbiter Probleme mit zu hohen Temperaturen. Sie führten zu einer Abnahme der maximalen Kapazität der Batterie, was schließlich die Missionsdauer begrenzte. Um diese Effekte zu begrenzen wurden 20 % der Oberfläche des Instrumentendecks mit kleinen Quarzspiegeln von 2,5 x 2,5 cm Größe bedeckt. Wie sich zeigte stammte die Hitze von der Infrarotstrahlung des Mondes - die Mondoberfläche wird bis zu 120 Grad Celsius heiß. 2009 ging die indische Raumsonde Chandrayaan-1 ebenfalls durch Überhitzung durch die vom Mond abgegebene Strahlung verloren.

Die Kartierungsbahn stellte neue Anforderungen an die Missionsplanung. Pro Orbit wurde auf der Mondvorderseite ein kontinuierlicher streifen aus meist 5 Aufnahmen gewonnen. Bei jedem zweiten Orbit kam ein Bild abwechselnd vom Nordpol oder Südpol hinzu. Damit musste die Lage häufiger geändert werden - 200 mal während der 29 dafür vorgesehenen Umläufe, verglichen mit 50 bei den früheren Missionen. Man hatte daher den Vorrat für das Lagekontrollgas um 6,5 % erhöht.

Das Programm für die Agena D konnte in der kurzen Zeit nicht geändert werden, es war für einen Transport in einen Mondorbit von maximal 21 Grad Bahnneigung ausgelegt. So musste Lunar Orbiter 4 selbst die Bahnneigung anpassen. Dazu zündete er in 3.790 km Entfernung sein Triebwerk, anstatt nahe des Mondes. In dieser Entfernung ist die Geschwindigkeit kleiner, wodurch man weniger Energie für die Änderung der Bahnneigung braucht.

Lunar Orbiter 4 wurde am 4.5.1967 gestartet. Beim Passieren des Van Allen Gürtels stellte das Dosimeter eine höhere Strahlenbelastung von 5,5 rad, vergleichen mit 0,75 rad bei den vorherigen Missionen fest, den Film beeinträchtigte dies nicht. Für einen Menschen ohne Raumanzug wäre diese Dosis tödlich, allerdings wäre ohne Raumanzug auch das Vakuum tödlich. Ein 52,3 s langen dauerndes Zünden des Triebwerks, änderte die Geschwindigkeit um 60,85 km und brachte die Sonde bis auf 53 km an den Zielpunkt nahe des Südpols. Dieses lange Mittkursmanöver war nötig, um den Pfad vom Äquator zum Südpol zu verschieben.

Nach 88 Stunden zündete Lunar Orbiter 4 sein Triebwerk 501,7 s lang, bremste um 659,7 m/s ab und schwenkte in eine Bahn von 2.706 km Mondnähe und 6.709 km Mondferne ein. Diese Bahn führte über die Pole, mit einer Bahnneigung von 85.8°. Dadurch war diese Bahn wegen der hohen Bahnneigung und Höhe ideal für eine globale Kartierung des Mondes. Die Umlaufsdauer betrug anstatt 3.5 h nun über 12 h.

Mit der Kartierung wurde am 11.5.1967 begonnen. Bald (nach dem dritten Kartierungsorbit)  zeigte sich, das die thermische Abschirmung der Kamera nicht korrekt reagierte. Man entschloss sich diese offen zu lassen, weil man fürchtete, sie könnte geschlossen bleiben und somit die Fotographie unmöglich machen. Dies machte zusätzliche Kurskorrekturen nötig, damit die Kamera nicht direktem Licht ausgesetzt wurde. Trotzdem erkannte man am 13.5, das Licht eingedrungen war und Teile des Films zerstört hatte. Man entschloss sich dann die Tür teilweise zu schließen, was dann zu Nebel auf den Linsen durch Kondensation durch niedrige Temperaturen führte.  Am 23. und 25.5 stellte man dann noch durch das Dosimeter einen Sonnensturm mit Spitzenbelastungen von 6 rad pro Stunde fest, der ebenfalls zu leichtem Nebel auf dem Film führte. Man entschloss sich zwischen Orbit 29 und 34 erneut die durch Belichtung und Nebel verlorenen Gebiete erneut zu fotografieren. Als dann am 20.5.1967 noch Probleme mit dem Auslesen begannen, entschloss man sich am 26.5.1967 die fotographische Erfassung vorzeitig zu beenden. Die Daten wurde bis zum 1.6.1967 zur Erde übermittelt.

So lieferte Lunar Orbiter nur 419 Hochauflösende und 127 niedrigauflösende Fotos. (163 Frames) Diese deckten bei Auflösungen von 33 m Telekamera und 134 m Weitwinkel 75 % der Mondrückseite (manche Quellen auch 95 %) und 99 % der Mondvorderseite ab. Zwei Mikrometeoriten trafen den Orbiter am 12.5 und 18.5.1967.

Es begann die erweiterte Mission, allerdings wegen der vielen Lageänderungen nur mit 1,6 kg Stickstoff-Druckgas zur Lageregelung. Am 5.6.1967 zündete Lunar Orbiter für 117,8 s sein Triebwerk und bremste um 186,9 m/s ab und erreichte eine  74 x 6.084 km.  Am 8.6.1967 wurde die Geschwindigkeit um weitere 70,5 m/s nach einem Betrieb über 42,8 s geändert und das Apolunäum sank auf 3.952 km. Man verlor am 17.7.1967 den Kontakt, ohne die Ursache jemals dafür gefunden zu haben. Offiziell beendet wurde die Mission am 16.8.1967

Am 31.10.1967 stürzte Lunar Orbiter 4 zwischen 22 und 30 West ab. Die ersten Bilder der Pole wurden gewonnen und für viele Bereiche des Mondes sind diese Bilder heute noch die besten vorhandenen, da spätere Apollo Missionen nur den Äquator umrundeten und Clementine nur Teile des Mondes besser aufnahm.

Krater TychoLunar Orbiter 5

Der letzte Mondorbiter sollte nun besonders interessante Gebiete mit höherer Auflösung beobachten. Die Kartierung von Landeplätzen war aber nahezu abgeschlossen so waren die meisten Aufnahmen für die Kartierung der Mondrückseite vorgesehen.

Er startete am 1.8.1967. Am 2.8 fand nach 31 Stunden eine Kurskorrektur um 29,75 m/s statt, da der Orbiter ungewöhnlich stark (7.000 km) vom Zielpunkt entfernt war. Lunar Orbiter und schwenkte am 5.8.1967 in einen nahezu polaren Orbit von 85° Inklination ein. Der mondnächste Punkt lag bei 194.5 km, der mondfernste bei 6023 km. Die Zündung erfolgte in Großer Distanz, 5.707 km von der Oberfläche entfernt, 13,79 Grad zur Bewegungsrichtung um den polaren Orbit zu erreichen. Dabei wurde der Satellit um 643 m/s abgebremst.

Diese Bahn wurde am 7.8.1967 auf 100 km Perilunäum abgesenkt und am 9.8.1967 zum endgültigen Orbit von 99 × 1500 km angepasst. Vom 6-18.1967 August wurden Fotos mit Auflösungen bis zu 2 m gewonnen. Diese wurden bis zum 27.8 zur Erde übertragen.

Ziel war es vor allem 36 besonders ausgewählte Gebiete zu fotografieren. Lunar Orbiter 5 machte 203 hochauflösende und 211 Weitwinkelaufnahmen. (212 Frames). Jedoch waren da der Bimat-Film vorzeitig erschöpft war nur 203 Frames nutzbar.

Abdeckung der OberflächeAm 28.6.1968 begann die erweiterte Mission. Lunar Orbiter hatte noch 2,5 kg Stickstoff-Kontrollgas und 3,6 kg nutzbaren Treibstoff (genug für eine Geschwindigkeitsänderung um 94 m/s) übrig. Am 10.10.1968 hob man das Perilunäum auf 200 km an um die Zeit im Mondschatten während einer Finsternis am 18.10 zu reduzieren. Vom 18 bis 21.1.1968 drehte man den Orbiter mehrfach so, dass die Unterseite mit speziell angebrachten Quarzreflektoren in Richtung Erde zeigten. Man erwartete das bei einer perfekten Ausrichtung Lunar Orbiter von der Erde aus als Stern 6-ter Größe erscheinen würde. Es klappte erst am 21.1. und Lunar Orbiter war deutlich leuchtschwächer, ein Stern 12-ter Größe (etwa 250-mal lichtschwächer als ein Stern 6-ter Größe).

Der Orbiter wurde verfolgt, bis er nach einem letzten Bahnmanöver das ihn beim 1201-ten Orbit um 28,6 m/s verlangsamte am 31.1.1968 bei 2.79° Süd und 83° West auf der Mondoberfläche zerschellte.

Dieses Bild von Krater Tycho zeigt auch die Bildfelder von Tele- und Weitwinkelkamera. Nahe Tycho landete später Surveyor 7. Wäre Lunar Orbiter 5 gescheitert, so wäre noch ein sechster Orbiter aus Teilen die man bei Boeing verfügbar hatte, gebaut worden. Man behielt sich diese Option offen. Doch da der Orbiter 5 erfolgreich war, kam es nicht mehr dazu. Lunar Orbiter fotografierte die Landeplätze von Apollo 14, 15 und 17 sowie den Landeplatz von Surveyor 7.

Zusammenfassung

Die Erde fotographiert von Lunar Orbiter 5Alle 5 Lunar Orbiter lieferten zusammen 2180 hochauflösende und 883 Medium auflösende Aufnahmen (949 Frames) zur Erde. Sie bildeten 99 % der Mondoberfläche ab, darunter Teile mit bis zu 1 m Auflösung. Das war für die damalige Zeit einer norme Leistung. Bedenkt man, dass es erst seit Ende der neunziger Jahre zivile Erderkundungssatelliten mit dieser Auflösung gibt, so waren Ende der 60 er Jahre manche Teile des Mondes besser erfasst als die Erde.

Die Kartierung der gesamten Mondoberfläche mit einer Genauigkeit von 100-200 m und von 100.000 km² mit 1-2 m hatte Bestand bis zum Start von Mondsonden im neuen Jahrtausend. Es gibt zwar inzwischen Aufnahmen von Clementine, die noch besser als die von Lunar Orbiter sind, aber für die Kartierung wichtig war auch der steile Sonneneinfall, der kleinste Details hervortreten lies. Erst Kaguya, SMART-1 und LRO lieferten bessere Aufnahmen als die fünf Orbiter.

Von August bis Oktober 1967 konnte die Apollo Missionsplanung durch das Verfolgen von Lunar Orbiter 2,3 und 5 schon mal die Kommunikation zu Apollo Mutterschiff und Landekapsel simulieren.

Nach Beendigung dieser Aktivitäten (die auch zu Rückschlüssen über Massekonzentrationen unterhalb den Mare führten) wurden die noch im Orbit befindlichen 4 Lunar Orbiter gezielt zum Absturz gebracht um Funkfrequenzen frei zu bekommen und Zusammenstöße mit Apollo zu vermeiden.

Zusammen hat das gesamte Lunar Orbiter Programm 200 Mill. USD gekostet, (andere Quellen: 163 Millionen Dollar) das ist weniger als die Hälfte der Kosten die ein einziger Apollo Flug verursachte (450 Mill. USD). Es ist auch eine Besonderheit, dass alle Flüge klappten: Von neun Ranger waren nur drei erfolgreich, von sieben Surveyors fünf. Auch von den bis 1967 gestarteten fünf Mariner Sonden waren zwei ausgefallen. Lunar Orbiter war das erste Programm ohne einen einzigen Fehlstart.

Start von Lunar Orbiter 1Noch heute, 35 Jahre später sind die Lunar Orbiter Fotos die Basis für die Mondatlanten. Zwar gab es seitdem die Clementine Mission, die drei Monate lang den Mond in verschiedenen Spektralkanälen kartiert hat. Doch lag bei dieser Mission der Schwerpunkt auf einer mineralogischen Erkundung. Für Karten sind die bei flachem Sonnenstand aufgenommenen Lunar Orbiter Fotos aber geeigneter, da so kleine Details besser hervortreten. Die Lunar Orbiter waren aber auch für die nächsten 27 Jahre die letzten Mondorbiter der NASA. Erst mit dem Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) hat ein Kamerasystem eine höhere Auflösung als die Lunar Orbiter.

Im Jahre 2008 wurde das Lunar Orbiter Image Recovery Project (LOIRP)  mit finanzieller Unterstützung der NASA ins Leben gerufen. Ziel war es festzustellen, ob die Bilder der Mondsatelliten auch nach 40 Jahren noch rekonstruiert werden konnten. Die NASA hatte die Daten auf analogen 2 Zoll Magnetbändern des Typs FR-900 gespeichert und natürlich noch die damals angefertigten 35 mm Negative.

Nachdem Bandleseeinheiten technisch aufgefrischt wurden (z.B. Germaniumschaltelemente mit hohem Rauschen, gegen moderne aus Silizium ausgetauscht wurden) konnte man die Bänder gut auslesen, da nun der Dynamikbereich weitaus größer war als bei den Originalbandlaufwerken, verlor man auch keine Daten. Über 100 Originalbänder mussten ausgelesen, dupliziert und digitalisiert werden.

Die Daten wurden dann verarbeitet und es zeigte sich dass die Daten die Rekonstruktion von weitaus besseren Bildern zuließ als die bisher bekannten 35 mm Aufnahmen. Vor allem der Kontrastumfang war deutlich höher. Man führte dies auf die Eigenschaften der RCA C24031 Videoröhre zurück. Hilfreich war, dass auf den Originalaufnahmen ein Graukeil mit abgebildet worden war, so enthielten diese alle erforderlichen Informationen um die Daten zu kalibrieren.

Die Verarbeiteten Bilder sind in einigen Fällen wo die Kontraste sehr hoch sind und noch Artefakte hinzukamen sehr viel besser als die bekannten Bilder. Bei anderen Aufnahmen mit hohem Sonnenstand sind die Unterschiede nicht so offensichtlich.

Im Jahre 2011 wurde das LOIRP abgeschlossen. Es gelang nicht nur die Bänder zu lesen und die Bilder zu restaurieren. Sie sollen nun der Öffentlichkeit zur Verfügung stehen und bei einer Google Maps Version des Mondes zu sehen sein. Sie sind auch im Planetary Data Archive der NASA abgelegt worden. Vergleichen sie das Bild hier mit dem obigen Bild eines Erdaufgangs:

 

LOIRP

Datenblatt Lunar Orbiter 1-5

Start / Ankunft / Missionsende

Lunar Orbiter 1: 10.8.1966 / 14.8.1966 / 29.10.1966
Lunar Orbiter 2: 6.11.1966 / 10.11.1966 / 11.10.1967
Lunar Orbiter 3: 5.2.1967 / 8.2.1967 / 9.10.1967
Lunar Orbiter 4: 4.5.1967 / 8.5.1967 / 16.7.1967
Lunar Orbiter 5: 1.8.1967 / 5.8.1967 / 31.1.1968

Mission:

Mondorbiter

Gewicht:

Lunar Orbiter: 385,6 bis 387 kg beim Start, 263 kg trocken

Abmessungen:

3,68 m Durchmesser, 1,68 m Höhe, maximaler Durchmesser mit Antennen 5,61 m

Instrumente:

Vier Experimente im Gewicht von 67 kg

  • Filmkamera (80 mm und 610 mm Objektiv, 212 Bilder), 64 kg

  • Dosimeter (0,9 kg)

  • 20 Mikrometeoriten-Testflächen

  • Radio-Science mit dem Sender der Sonde

Trägerraketen:

Atlas Agena D Seriennummern 5801 bis 5805

Bemerkungen:

Primär Apollo-Vorbereitungsprogramm. Erstellte einen globalen Atlas der Mondvorderseite und -rückseite mit einer minimalen Auflösung von 100 bis 200. Kleine Teile der Oberfläche wurden mit bis zu 1 m Auflösung erfasst.

Bilder:

Lunar Orbiter 1: 205
Lunar Orbiter 2: 205
Lunar Orbiter 3: 133
Lunar Orbiter 4: 163
Lunar Orbiter 5: 203

Kosten:

200 Millionen Dollar

Online Quellen:

NASA Histories Online: SP-168 EXPLORING SPACE WITH A CAMERA

NASA Histories Online: SP-480 Far Travelers: The Exploring Machines

NASA Histories Online: SP-4901 Unmanned Space Project Management Surveyor and Lunar Orbiter

NASA Histories Online: TM-3487 Destination Moon: A History of the Lunar Orbiter Program

Lunar Orbiter Homepage

NSSC Lunar Orbiter Seite

MoonView: Unter anderem mit Informationen zum LOIRP.

Lunar Orbiter Photo Gallery: Mit über 2.600 Aufnahmen der Lunar Orbiter.

SAMOS To The Moon

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19770016195.pdf

http://www.drewexmachina.com/2016/08/14/lunar-orbiter-1-americas-first-lunar-satellite/

http://www.drewexmachina.com/2016/11/23/lunar-orbiter-2-and-the-picture-of-the-century/

http://www.drewexmachina.com/2017/02/05/lunar-orbiter-3-preparing-for-apollo/

http://www.drewexmachina.com/2017/05/04/the-mission-of-lunar-orbiter-four/

http://www.drewexmachina.com/2017/08/01/lunar-orbiter-5-filling-the-gaps-in-the-maps/

Artikel zuletzt geändert am 25.8.2017

© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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