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Im ersten Teil dieses Artikels haben wir die teleskopische Monderforschung von ihren Anfängen bei Galileo Galilei zu Beginn des 17. Jahrhunderts bis zur fotografischen Kartografie im Rahmen der Vorbereitungen auf die bemannten Apollo-Missionen beleuchtet. Dieser zweite Teil behandelt ausgewählte Meilensteine der Erforschung des Erdmondes durch Raumsonden der damaligen UdSSR und der NASA.
Bereits kurz nach dem Sputnik-Erfolg stellte die UdSSR ein Mondprogramm auf die Beine. Dieses Programm bestand aus neun Raumsonden und erhielt den Namen Lunik ("Kleiner Mond"). Von den neun Sonden waren nur drei erfolgreich:
Lunik 1 passierte im Januar 1959 den Mond, und schwenkte danach in einen Sonnenorbit ein. Die Sonde lieferte lediglich Daten über den Strahlungsgürtel der Erde. Ausserdem wurde die Existenz des Sonnenwindes nachgewiesen.
Am 13. September 1959 folgte Lunik 2. Lunik 2 schlug gezielt auf der Mondoberfläche auf. Es war der erste irdische Flugkörper überhaupt, der einen anderen Himmelskörper erreichte.
Lunik 3, die letzte erfolgreiche Sonde der Lunik-Reihe, folgte auf den Fuß im Oktober 1959. Sie schwenkte in den Mondorbit ein und fotografierte erstmals die bis dahin unbekannte Rückseite des Mondes.
Die Bilder waren noch von sehr schlechter Qualität. Jedoch erkannte man bereits, dass die Mondrückseite so gut wie keine dunklen Mare-Gebiete enthält und von hellen Hochländern geprägt ist. Die Fotos führten zur Entdeckung des "Moskauer Meeres".
Das folgende Bild zeigt das erste Foto der Mondrückseite:
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Die Bilddatenverarbeitung war mit den heutigen Methoden noch nicht vergleichbar: Die Filme wurden an Bord der Raumsonde entwickelt und als Bildfunksignale zur Erde gefunkt.
Bei den Luna-Raumsonden gab es Lander und Orbiter.
Bevor der Mond erreicht wurde, endeten die ersten acht Starts leider als Fehlstarts und erreichten nie den Mond oder verfehlten ihn mehr oder weniger knapp. Erst die geschichtsträchtige Mission Luna 9 war erfolgreich:
Luna 9 landete weich im Ocanus Procellarum. Es was die erste weiche Landung überhaupt, die auf einem anderen Himmelskörper gelang. Die Landeeinheit funkte die ersten Panoramabilder der Mondoberfläche zur Erde. Einmal mehr hatte die Sowjetunion im Wettlauf zum Mond die Nase vorn. Luna 9 funkte drei Tage lang Daten zur Erde.
Das Foto zeigt die Luna 9-Landekapsel:
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Eine kleine Anekdote zu Luna 9 sei hier erwähnt:
Die Sowjetunion hatte zur damaligen Zeit keine Möglichkeit, die Flugbahn eines Satelliten auf so große Distanzen zu verfolgen und zu überwachen. Aus diesem Grunde wurde das Radioteleskop von Jodrel Bank in England mit der Verfolgung des Satelliten beauftragt. Die Astronomen verfolgten Luna 9 bis zum erwarteten Signalabbruch bei der Landung. Kurze Zeit nach der Landung setzten die Signale erneut ein. Es handelte sich jedoch um Bildfunksignale, auf deren Empfang Jodrel Bank nicht vorbereitet war. Daraufhin stellte eine lokale Zeitung ein Gerät zum Empfang dieser Bildfunksignale zur Verfügung.
Das Resultat dieser Aktion war, dass die sensationellen Panoramabilder der Mondoberfläche von Luna 9 zuerst in der westlichen Presse erschienen. Die Sowjets waren entsprechend verärgert.
Luna 13 war eine verbesserte Version von Luna 9.
Die Luna-Sonden 10 bis 12 und Luna 14 waren Mondorbiter. Luna 10 erreichte den Mondorbit. Es wurden das Magnetfeld des Mondes und Mikrometeoriten vermessen sowie erstmals der Nachweis von Schwereanomalien erbracht. Luna 11 und 12 waren mit Filmkameras ausgerüstet, wobei die Datenübertragung nur bei Luna 12 erfolgreich verlief. Mit Luna 14 wurde das Kommunikationssystem für die geplante bemannte Mondlandung der Sowjetunion getestet.
Ein Höhepunkt der Luna-Mission war die Rückführung von Mondgestein. Dies war die Hauptaufgabe von Luna 15 bis Luna 24. Von den zahlreichen Versuchen war Luna 16 als erste erfolgreich. Sie startete am 12. September 1970. Luna 20 startete am 14. Februar 1972 und brachte 55 Gramm Mondgestein zur Erde zurück. Der Bohrer von Luna 20 konnte nur 15 Zentimeter tief in den Mondstaub eindringen.
Luna 23 (Start am 28. Oktober 1974) und Luna 24 (Start am 9. August 1976) waren mit weiter entwickelten Bohrern ausgestattet, der zwei Meter tief bohren konnte. Jedoch konnte nur Luna 24 Bodenproben sammeln, da bei der Landung von Luna 23 der Bohrer beschädigt wurde. Luna 24 brachte 170 Gramm Mondgestein zur Erde zurück.
Mit den Luna-Missionen 17 und 21 wurde auch je ein Rover (Lunukhod 1 und 2) auf der Mondoberfläche abgesetzt. Sie wurden, wie es noch heute bei den aktuellen Marsrovern üblich ist, von der Erde aus ferngesteuert. Die Navigation wurde durch eine Fernsehkamera unterstützt. Die Energieversorgung erfolgte mit Solarzellen. Während der Mondnächte wurden die Rover mit Polonium-Batterien mit Strom versorgt. Die Missionen dauerten 322 Tage (Lunukhod 1) bzw. fünf Monate (Lunukhod 2).
Das Foto zeigt Lunukhod 1:
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Parallel zu den russischen Missionen führte die NASA diverse Mondmissionen durch, die der Vorbereitung der Apollo-Missionen dienten. Sie verliefen erfolgreicher als die russischen Pendants und übermittelten eine Vielzahl von Daten zur Erde.
Das Ranger-Programm wurde von der NASA zwischen 1961 und 1965 zur Vorbereitung der bemannten Mondlandungen durchgeführt. Die Ranger-Mission lässt sich in drei Blöcke mit unterschiedlichem Erfolg unterteilen:
Die erste Phase, bestehend aus Ranger 1 und 2, sollten der Erprobung der Systeme im Erdorbit dienen, das Apogäum war bei ca. einer Million Kilometern vorgesehen. Beide Sonden konnten jedoch den erdnahen Orbit nicht verlassen und verglühten wenige Tage später in der Atmosphäre.
Phase zwei beinhaltete die Ranger-Sonden 3 bis 5. Sie sollten zunächst eine Instrumentenkapsel mit einem Seismometer auf die Mondoberfläche abwerfen. Die Muttersonde sollte auf der Mondoberfläche aufschlagen und dabei bis unmittelbar vor dem Aufschlag hoch aufgelöste Bilddaten übermitteln.
Alle drei Sonden dieser Phase schlugen fehl: Ranger 3 hatte eine zu hohe Geschwindigkeit und verfehlte den Mond um 36.000 Kilometer. Danach schwenkte sie in eine Sonnenumlaufbahn ein. Der Kontakt zu Ranger 4 brach am Starttag ab, und sie schlug stumm auf dem Mond auf. Es war die erste US-Sonde, die den Mond erreichte. Ranger 5 erlitt ebenfalls am Starttag einen Kommunikationsabbruch. Die Sonde raste 700 Kilometer am Mond vorbei und erreichte eine Sonnenumlaufbahn.
Die dritte Phase des Ranger-Programms war erfolgreicher. Sie führten keine Instrumentenkapsel mehr mit, sondern schlugen wie Kamikaze-Flieger auf dem Mond auf. Lediglich bei Ranger 6 scheiterte die Aktivierung der Kameras. Insgesamt wurden etwa 17400 Fotos zur Erde gefunkt.
Das folgende Bild zeigt Fotos aufgenommen von Ranger 7 kurz vor dem Absturz:
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Das Surveyor-Programm war in der Zeit von 1966 bis 1968 der unmittelbare Nachfolger vom Ranger-Programm.
Das Hauptziel von Surveyor war die Erprobung weicher Landungen auf dem Mond. Ohne diese unbemannten Tests wäre eine bemannte Mondlandung nicht möglich gewesen. Die Surveyor-Landeeinheiten waren für diesen Zweck mit speziellen Landefüßen ausgestattet, deren Eindringtiefe in den Mondstaub gemessen wurde.
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Die Surveyor-Mission gliederte sich wie folgt:
Surveyor 1 bescherte den Amerikanern am 14. Juli 1966 die erste weiche Landung einer US-Sonde auf dem Mond.
Surveyor 2 zerschellte bei einer harten Mondlandung.
Surveyor 3 führte ein Bohrexperiment durch. Diese Mission war auch die Landestelle von Apollo 12. Die Besatzung brachte eine von Surveyor 12 abmontierte Kamera zur Erde zurück, an der Bakterien nachgewiesen wurden. Diese wurden in Laboratorien wiederbelebt und gelten als Beweis dafür, dass Bakterien jahrelang unter Weltraumbedingungen überleben können.
Surveyor 4 zerschellte bei einer harten Mondlandung.
Surveyor 5 entnahm Bodenproben zur Analyse.
Surveyor 6 zündete seine Triebwerke auf der Mondoberfläche erneut. Die Sonde hob ab und landete erneut in 2,5 Metern Entfernung.
Surveyor 7 landete nahe dem Krater Tycho weit abseits der Apollo-Landeplätze.
Das Lunar-Orbiter-Pogramm bestand aus fünf Raumsonden in der Zeit von 1966 bis 1968. Alle fünf Sonden waren erfolgreich. Es war das erste Mondprogramm der NASA, das keinen Ausfall zu verzeichnen hatte.
Das Aufgabenfeld der baugleichen Sonden lässt sich einfach zusammen fassen: Es sollte eine hochaufgelöste Karte des Mondes erstellt und das Schwerefeld vermessen werden. Diese Arbeiten dienten der Vorbereitung zur bemannten Mondlandung.
Das Kamerasystem bestand aus einem Weitwinkel- und einem Teleobjektiv. Beide Optiken waren parallel angeordnet, so dass die Teleaufnahme stets einen detaillierten Ausschnitt der Weitwinkelaufnahme darstellte.
Die Fotografie der Mondoberfläche erfolgte auf Umwegen über analogen Film: Die Mondoberfläche wurde auf Kodak-Rollfilm wie in einer herkömmlichen Kamera belichtet. Während der Belichtung musste der Film bewegt werden, um durch die schnelle Bewegung des Raumschiffs keine Bewegungsunschärfen zu erzeugen. Der Film wurde dann on-board entwickelt.
Um die Bilder zur Erde zu übertragen, war eine Digitalisierung der Aufnahmen erforderlich, da die Sonden nicht zur Erde zurückkehrten. Hierfür wurde das Negativ mit einem Laser in Zeilen abgetastet. Die Abtastung erfolgte in Querstreifen, den sog, "Framelets". Die registrierten Helligkeitsunterschiede wurden als Grauwerte zur Erde gefunkt und von einer Kathodenstrahlröhre auf 35mm-Film, also gängigen Kleinbildfilm, belichtet. Nach Aneinanderfügen der Framelet-Belichtungen erhielt man ein komplettes Bild. Aus diesem Grund zeigen Lunar-Orbiter-Bilder die bekannten Streifen.
Das folgende Bild zeigt ein Lunar-Orbiter-Foto:
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Lunar Orbiter 1 bis 3 hatten äquatornahe Umlaufbahnen und erforschten somit primär die potentiellen Landestellen für das Apollo-Programm. Lunar Orbiter 4 und 5 hatten polare Orbits und kartierten die gesamte Mondoberfläche.
Der gesamte Mond wurde mit einer Auflösung von 60 Metern kartiert. Die späteren Landestellen wurden mit bis zu zwei Metern Genauigkeit aufgenommen.
Ein weiteres Ziel der Lunar-Orbiter-Missionen bestand darin, mehrere Sonden zeitgleich sicher und gezielt um den Mond zu steuern. Nach Beendigung der Mission wurden sie gezielt zum Absturz gebracht, um eine Gefährdung der Apollo-Mutterschiffe auszuschließen.
Die Apollo-Missionen 11 bis 17 führten ab 1969 bis 1972 mit Ausnahme von Apollo 13 bemannte Mondlandungen durch. Sie brachten mehrere hundert Kilogramm Gesteinsproben zur Erde zurück und bilden noch heute die Grundlage der modernen Mondforschung.
Das im Orbit verbleibende Mutterschiff führte bereits damals Höhenmessungen mit Hilfe eines Laser-Altimeters, jedoch nur in äquatornahen Bereichen, durch. Das Ergebnis waren digitale Geländemodelle, die mit dem Geländemodell des Mars vergleichbar sind, das die NASA-Sonde Mars Global Surveyor erzeugte und durch die bekannten regenbogenfarbenen Marskarten wiedergegeben wird.
» Artikel über die Apollo-Missionen und die Mondlandungen
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