IM-1

IM-1 ist die erste von bislang neun geplanten unbemannten Mondlandungen im Rahmen des NASA-Programms Commercial Lunar Payload Services (CLPS, „kommerzielle Mondnutzlastdienste“). Den Auftrag für die ersten drei dieser Mondsonden erteilte die NASA im Jahr 2019. Für IM-1 wurden 77 Millionen US-Dollar bereitgestellt.[2] Die Mission war zunächst als zweite CLPS-Mondlandung nach der Peregrine Mission One geplant, jedoch verschob sich Letztere wegen Problemen mit der neuen Rakete Vulcan und deren Startvorrichtung auf einen späteren Zeitpunkt.[3][4]

Die Südpolregion des Mondes gilt als strategisch wichtig, seit dort Wassereis nachgewiesen wurde. Dieses könnte beispielsweise zur Treibstoffgewinnung oder zur Wasserversorgung einer Mondbasis genutzt werden. Daher planen mehrere Raumfahrtnationen die Erkundung des Mondsüdpols und seiner Umgebung, zunächst unbemannt und dann mit bemannten Missionen wie Artemis 3. Um IM-1 zur Vorbereitung bemannter Landungen nutzen zu können, verlegte die NASA das IM-1-Zielgebiet im Mai 2023 vom Oceanus Procellarum zum Krater Malapert A bei 80 Grad südlicher Breite.[5] Die Nachfolgemission IM-2 soll dann noch näher an den Südpol führen.[6]

Als Zugeständnis für die weitaus niedrigeren Kosten der CLPS-Missionen im Vergleich mit staatlichen Raumsondenprojekten nimmt die NASA eine geringere Zuverlässigkeit in Kauf.[7] Thomas Zurbuchen, verantwortlicher Wissenschaftsdirektor der NASA zur Zeit der Auftragsvergabe für IM-1, schätzte die Erfolgschance der Mission mit etwa 50 % ein.[8] Der Intuitive-Machines-CEO Steve Altemus sieht sie hingegen bei „oberhalb von 65 % bis 75 %“.[9]

Das CLPS-Programm ist Teil der seit den 2010er Jahren verfolgten NASA-Strategie, kommerzielle Investitionen in Raumfahrtdienstleistungen anzuregen. Die NASA bucht daher keine vollständigen CLPS-Missionen, sondern nur den Transport von Gerätschaften zur Mondoberfläche. Daneben können die Anbieter freie Kapazitäten auf ihren Mondlandern kommerziell vermarkten. Entsprechend soll IM-1 – bei einer Nutzlastkapazität von 130 kg[10] – neben Instrumenten der NASA auch Nutzlasten mehrerer privater Unternehmen und Organisationen zum Mond bringen.

Die NASA-Nutzlasten sind:[11]

• LN-1 (Lunar Node 1, „Mondknoten 1“) vom Marshall Space Flight Center: Eine S-Band-Funkbake, mit der ein Navigationsverfahren für Mondlandungen erprobt werden soll.

• NDL (Navigation Doppler Lidar) vom Langley Research Center: Ein Lidar-basierter, hochpräziser Entfernungs- und Geschwindigkeitsmesser für den Abstieg auf die Mondoberfläche.[12]

• SCALPSS (Stereo Camera for Lunar Plume-Surface Studies, „Stereokamera zur Untersuchung von Mondstaubwolken“) vom Langley Research Center: Vier kleine Kameras, die Videos und Fotos des vom Triebwerk des Landers erzeugten Kraters auf der Mondoberfläche aufnehmen sollen.[13]

• LRA (Laser Retro-Reflector Array) vom Goddard Space Flight Center: Acht auf einem Kugelsegment angeordnete Retroreflektoren, mit deren Hilfe aus einem Mondorbit die exakte Position des Landers ermittelt werden kann.

• ROLSES (Radio Observations for the Near Side Lunar Surface, „Radio-Beobachtungen für die Oberfläche der Mondvorderseite“) vom Goddard Space Flight Center: Ein Messgerät für Kurzwellen im Frequenzbereich von 10 bis 30 MHz, wie sie insbesondere von der Sonne, von der Erde und vom Mondstaub abgestrahlt werden. ROLSES soll neue Erkenntnisse zur Strahlungsexposition von Geräten und Personen auf der Mondoberfläche gewinnen, insbesondere auch für zukünftige Mond-Radioteleskope.

Die kommerziellen Nutzlasten sind:[11]

• EagleCam von der Embry-Riddle Aeronautical University: Eine Kamera, die während des Abstiegs seitlich abgeworfen wird und Fotos von der Landung machen soll.

• ILO-X: Ein Teleskop der International Lunar Observatory Association.

• Eine würfelförmige Skulptur aus der „Mondphasen“-Reihe des Künstlers Jeff Koons.

• Lunaprise: Eine Zeitkapsel des Unternehmens Galactic Legacy Labs (GLL) mit auf Mikrofilm aufgezeichneten Botschaften.

• Ein Prototyp eines „Mondrechenzentrums“ des Start-up-Unternehmens Lonestar.

• Omni-Heat Infinity: Eine Materialprobe eines von Columbia Sportswear entwickelten, auf einer Goldfolie beruhenden Wärmeisolationsmaterials.

Als Sekundärnutzlast des IM-1-Flugs soll auch der kanadische CubeSat Doge-1 auf den Weg zum Mond gebracht werden. Dort soll er in eine Mondumlaufbahn eintreten und Werbebotschaften zur Erde senden.[14][15]

Der für IM-1 verwendete Nova-C-Lander ist 3,94 Meter hoch, 2,38 Meter breit und 2,19 Meter tief. Mit montierten Nutzlasten und voll betankt wiegt er 1931 kg. Als Treibstoff werden 839 kg verflüssigtes, kryogenes (extrem tiefgekühltes) Methan und 420 kg kryogener Flüssigsauerstoff mitgeführt. Zur Druckbeaufschlagung der Tanks sind 17 kg Helium vorhanden, welches beim Start unter einem Druck von 410 bar steht.[16]

Drei Solarmodule, die auf der Oberseite und an zwei Seitenflächen des Landers angebracht sind, versorgen diesen mit bis zu 790 Watt an elektrischer Leistung. Die Bordspannung beträgt etwa 28 Volt. Ein handelsüblicher Lithium-Ionen-Akkumulator mit einer Kapazität von 1554 Wattstunden übernimmt die Stromversorgung in Missionsphasen ohne Sonneneinstrahlung.[16]

IM-1 soll frühestens am 10. Februar 2024 von der Rampe 39A des Kennedy Space Center in Florida starten. Zuvor wird der Nova-C-Lander am Startplatz betankt. Verdunstender Treibstoff wird bis unmittelbar vor dem Start nachgefüllt, um die maximal mögliche Treibstoffmenge mitzuführen.[17]

Als Trägerrakete dient eine Falcon 9 von SpaceX. Die Rakete soll die Mondsonde in einen hochelliptischen, um 27° geneigten Erdorbit mit einem Perigäum von 185 km und einem Apogäum von 60.000 km bringen. Nach etwa einem Tag Aufenthalt in dieser Bahn soll die Sonde einen Mondtransfer einleiten. Dazu zündet sie ihr Haupttriebwerk und beschleunigt, bis das Apogäum auf 402.694 km – etwas jenseits der Mondbahn – angehoben ist.[16] Fünf Tage nach dem Start soll sie eine Umlaufbahn in 100 km Höhe um den Mond erreichen. Tags darauf ist die Landung am Rand des Kraters Malapert A bei 80,297° südlicher Breite und 1,261° östlicher Länge geplant. Die Betriebsdauer auf der Mondoberfläche beträgt höchstens 14 Tage, entsprechend der Dauer eines Mondtages.[18][9][17] Je nach Landestelle könnte dort bereits nach sechs Tagen die Sonne untergehen, womit die Mission beendet wäre.[19]

• Chronologie der Mondmissionen

• IM-1 Mission auf der Website von Intuitive Machines (englisch)