Raumfahrt

GRAILs au�ergew�hnliche Mondfahrt

**GRAIL-Sonden und Nutzlastverkleidung**

Bildzoom — **GRAIL-Sonden und Nutzlastverkleidung**

Fast h�tten hohe Windst�rken auch am Samstag die Tr�gerrakete Delta II auf Floridas Boden gehalten. Am zweiten der beiden Zeitfenster, um 15:08 Uhr unserer Zeit, konnte das Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) dann aber am 10. September 2011 erfolgreich auf seinen Weg zum Mond gebracht werden. Im M�rz 2012 werden dort die zwei Sonden 82 Tage lang im Tandemflug das Schwerefeld des Mondes vermessen. Bevor sie allerdings dort ankommen, m�ssen die Sonden in den n�chsten Monaten eine Serie von komplexen, nie dagewesenen Man�vern durchf�hren.

Am 8. September 2011, dem Tag des geplanten Starts der Mission, brachten die Wetterballons der NASA schlechte Nachrichten: Die Windst�rken hoch oben in der Atmosph�re lagen jenseits der zul�ssigen Grenzwerte. Die Tr�gerrakete des Typs Delta II musste auf der Startrampe verharren, ihre Tanks wurden wieder geleert. W�hrend zahlreiche Zuschauer entt�uscht heimfuhren, werteten die Wissenschaftler der NASA technische Daten des Antriebssystems aus. Auff�lligkeiten bei den Daten, die beim Enttanken genommen wurden, lie�en die Mitarbeiter in Cape Canaveral schlie�lich von einem zweiten Versuch am Folgetag absehen. Die NASA vertr�stete auf den 10. September 2011.

Dann allerdings wurden auch die Vorhersagen der Meteorologen zunehmend optimistischer, zwei Stunden vor dem Start am Samstag gaben sie eine Wahrscheinlichkeit von 80 Prozent f�r g�nstige Bedingungen an. Doch in der hei�en Phase der Vorbereitungen lieferte ein Wetterballon wieder ung�nstige Winddaten aus 4500 bis 6500 Metern H�he. Die Mitarbeiter des Kennedy Space Center hofften nun auf das zweite Startfenster des Tages und erhielten schlie�lich gute Nachrichten aus der dann doch wieder ruhigen Atmosph�re.

Der Start um 15:08 unserer Zeit (9:08 Uhr Ortszeit) verlief planm��ig (Link zum Video des Starts). Insgesamt neun Feststoffbooster unterst�tzten die erste Raketenstufe w�hrend der ersten Minuten des Starts und brachten die Rakete bis auf Mach 15 (18000 Stundenkilometer). Anschlie�end brachte das wiederz�ndbare Triebwerk der zweiten Stufe die GRAIL-Sonden aus dem Orbit der Erde und schrittweise in Positionen, von denen aus beide Geschwister in die Tiefen des Weltalls abgesetzt wurden (Link zum Video).

"Seufzer der Erleichterung" verk�ndete das Kennedy Space Center via Twitter, als GRAIL A erfolgreich von der letzten Stufe der Tr�gerrakete getrennt wurde. Acht Minuten sp�ter wurde auch die Zwillingssonde GRAIL B ohne Probleme auf ihren Weg zum Mond gebracht. Die Sonden entfalteten nach dem Aussetzen erfolgreich ihre Solarmodule und befinden sich nun auf einem langen und wenig intuitiven Weg zum Mond: Um Treibstoff zu sparen, bewegen sich die Geschwister erst vom Mond weg und in Richtung Sonne auf den Lagrangepunkt L1 zu. An diesen besonderen Punkten im All gleichen sich die anziehenden Gravitations- und Bewegungseinfl�sse der Himmelsk�rper, hier von Sonne und Erde, weitgehend aus. An diesem 1,5 Millionen Kilometer entfernten Punkt drehen die Sonden, um sich langsam dem Mond zu n�hern. Die niedrige Geschwindigkeit relativ zum Mond erlaubt den Sonden, mit geringem Treibstoffverbrauch im Mondorbit abzubremsen und dort in Umlaufbahnen in nur 50 km H�he einzuschwenken. Die gesamte Reise ist damit zwar beispiellos energiesparend, allerdings erfordert sie auch sehr genaue Berechnungen mit nur wenig Raum f�r Fehler. In Cape Canaveral musste die Tr�gerrakete daher sekundengenau gestartet werden. Niemals zuvor wurde bisher ein solches Man�ver unternommen.

GRAIL ist Teil des Discovery Programms der NASA, einer Serie von kosteng�nstigen Missionen zur Erkundung des Weltraums, deren prominentester Vertreter vermutlich der 1996 gestartete Mars Pathfinder war. Die Kosten der GRAIL-Mission betragen etwa 500 Millionen Dollar (etwa 370 Millionen Euro). Sie konnten auch deshalb gering gehalten werden, weil GRAIL nach dem technischen Vorbild der Sonden der deutsch-amerikanischen Mission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) konstruiert wurde, die seit 2002 �u�erst erfolgreich und pr�zise das Schwerefeld der Erde vermessen. Die GRACE-Zwillingssonden wurden damals erst getrennt, als sie ihre endg�ltige Erdumlaufbahn erreicht hatten. Diese Methode lie� sich aus Kostengr�nden nicht auf GRAIL �bertragen. Stattdessen werden beide Sonden unabh�ngig voneinander in den Orbit des Mondes eintreten und kommen sich erst dort auf ihre Arbeitsdistanz von etwa 200 Kilometern nahe.

GRAIL-A wird den Mond am 31. Dezember 2011 erreichen, die Schwestersonde GRAIL-B wird 25 Stunden sp�ter eintreffen. Zu Beginn sind beide Umlaufbahnen noch stark elliptisch. Innerhalb von zwei Monaten werden sie langsam in einen ann�hernd kreisf�rmigen Orbit gebracht werden. Am 8. M�rz 2012 beginnt dann die eigentliche Mission mit der Vermessung des Mondes. Daf�r gibt es ein Zeitfenster von gerade einmal 82 Tagen: Nur in diesem Zeitraum k�nnen die Sonden in ihrer polaren Mondumlaufbahn ihre Antennen aufeinander ausrichten und so ihre Entfernung exakt bestimmen, w�hrend gleichzeitig die Solarmodule zur Sonne zeigen. Der Zeitplan der gesamten Mission, beginnend mit den m�glichen Zeitfenstern f�r einen Start in Cape Canaveral bis zum Oktober 2011, wurde darauf ausgerichtet, die Vermessung des Mondes zwischen den Mondfinsternissen am 10. Dezember 2011 und am 4. Juni 2012 abzuschlie�en.

W�hrend der 82 Tage ihrer Mission wird sich der Mond dreimal vollst�ndig unter der Umlaufbahn der Sonden drehen. Die Mission ist deshalb in drei Phasen von je 27,3 Tagen L�nge unterteilt. Dabei werden der Abstand zwischen den Sonden und auch ihre Flugh�he ver�ndert. Die Sonden vermessen das Gravitationsfeld des Mondes, indem sie ihren gegenseitigen Abstand hochgenau erfassen. Zieht dann eine Unregelm��igkeit des Schwerefeldes eine der Sonden n�her an die Oberfl�che, erzeugt das eine messbare Ver�nderung des Abstands zwischen beiden Sonden. Fliegen die Zwillinge in einem tiefer gelegenen Orbit und nah beieinander, sind sie besonders empfindlich f�r regionale Ver�nderungen des Schwerefeldes durch einzelne Krater oder Berge. Wenn Abstand und Flugh�he zunehmen, k�nnen die GRAIL-Sonden globale Effekte besser studieren, die durch tiefer im Mond gelegene Strukturen verursacht werden. Am Ende ihrer Mission, zum Zeitpunkt der partiellen Mondfinsternis am 4. Juni 2012, befinden sich beide Sonden in einer H�he von kaum 20 km �ber der Mondoberfl�che. Erhalten sie dann keine anders lautenden Befehle von der Erde, werden sie unmittelbar danach auf den Mond st�rzen.

An jeder der Sonden sind au�erdem vier so genannte MoonKAM-Kameras (Moon Knowledge Acquired by Middle school students) installiert. Aus wissenschaftlicher Sicht sind sie Spielzeuge und dienen der �ffentlichkeitsarbeit und der F�rderung von Nachwuchsastronomen: Schulen k�nnen mit diesen Kameras Bilder und Videos von GRAILs Flug �ber die Oberfl�che des Mondes in ihre Klassenzimmer �bertragen und dort diskutieren.

Mike Beckers