Maanlanders zouden maanbasis of Lunar Gateway kunnen zandstralen

Zowel NASA als China hebben plannen om opnieuw astronauten op de maan te laten landen. De maanlanders die op dit moment door commerciële partijen als Blue Origin, Dynetics en SpaceX worden ontworpen, zijn zwaarder dan de Apollo Lunar Module ooit was. Het kost kracht om zo’n zware vracht veilig op de maan te zetten. Wat is het effect als zulke krachtige raketmotoren boven het maanoppervlak blazen?

Professor Phil Metzger doet onderzoek hiernaar. Hij onderzocht materiaal van de Surveyor 3 lander, dat door Apollo 12 terug gebracht was. Apollo 12 landde in 1969 op loopafstand van Surveyor 3. Nadere studie toonde aan de onbemande lander gezandstraald was. Ook onderzocht Metzger video’s van Apollo landingen. Op sommige video’s is te zien dat vuistgrote rotsen opzij geblazen worden door de uitlaatgassen van de raketmotor.

In een recente online presentatie vertelt professor Metzger dat stof dat door zwaardere landers opzij geblazen wordt, in een baan rond de maan kan komen. Het zou er zelfs voor kunnen zorgen dat NASA’s toekomstige Lunar Gateway hierdoor gezandstraald wordt. Om maar te zwijgen over wat er zou kunnen gebeuren als zo’n lander vlak bij een maanbasis landt.

Volgens professor Metzger moeten we landingsplatforms ontwikkelen, waar maanlanders veilig neer kunnen komen zonder dat ze materiaal rondblazen. Hij heeft verschillende methoden onderzocht en ontwikkeld om dergelijke landingsplatforms te plaatsen. Dat is trouwens niet het enige onderzoek dat hij doet. Hij kreeg onlangs ook budget om een methode voor het extraheren van water uit maankraters te ontwikkelen die weinig energie kost.

Bronnen:

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2010JE003745

https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2020_Phase_I_Phase_II/Aqua_Factorem/

 

Blue Origin, Dynetics en SpaceX gaan maanlanders ontwikkelen voor NASA

In 2024 moet er een Amerikaanse astronaut voet op de maan zetten. Dat is in ieder geval het plan van president Trump. NASA besloot daarom te raden te gaan bij commerciële partijen. Afgelopen week maakte NASA de drie partijen bekend die geld krijgen om een bemande maanlander te ontwikkelen.

Die partijen zijn:

  • National Team, een samenwerkingsverband van Blue Origin, Lockheed Martin, Northrop Grumman en Draper.
  • Dynetics
  • SpaceX

NASA heeft deze bedrijven ieder verschillende bedragen toegekend waarmee ze de komende 10 maanden hun ontwerp verder kunnen uitwerken. Boeing’s voorstel is niet door de ballotage gekomen.

De drie partijen kwamen met totaal verschillende ontwerpen voor hun maanlander.

 

National Team (Blue Origin, Lockheed Martin, Northrop Grumman en Draper)

Deze maanlander kan gelanceerd worden op Blue Origin’s New Glenn raket of op Lockheed Martin’s nieuwe Vulcan raket. De lander kan koppelen aan de Lunar Gateway of aan een Orion ruimteschip en bestaat uit drie delen:

  • Transfer Element, een rakettrap die de lander in een baan rond de maan brengt. Wordt geleverd door Northrop Grumman (het bedrijf dat ook de Apollo maanlander bouwde). Het is gebaseerd op de aandrijving van het Cygnus vrachtschip.
  • Descent Element, het deel dat de lander veilig op het maanoppervlak moet brengen. Dit wordt gebouwd door Blue Origin.
  • Ascent Element, het deel dat de astronauten lanceert vanaf de maan en terug in een baan rond de maan brengt. Dit wordt ontworpen door Lockheed Martin.

 

 

Voor Artemis 3, de eerste bemande landing op de maan sinds Apollo, worden astronauten naar de maanlander gebracht in een Orion ruimteschip en de Orion haalt ze ook op na hun verblijf op de maan. Het Ascent Element is het enige deel dat herbruikbaar is. Het kan hiervoor bijgetankt worden.

 

Dynetics

Dit bedrijf is een samenwerkingsverband van Sierra Nevada, het bedrijf dat de mini-shuttle Dreamchaser bouwt, en bedrijven als Thales en United Space Alliance.

Ze gaan een lander maken die horizontaal landt en opstijgt. De lander bestaat uit een stuk. Er is dus geen aparte daal- of stijgmodule. Het is wel modulair van opzet. Er kunnen brandstoftanks aan worden toegevoegd, die tijdens de landing kunnen worden afgeworpen, zodat een lichtere lander daarna weer omhoog kan.

De onder druk staande module waar de astronauten in verblijven komt bovendien na landing vlak boven het maanoppervlak te staan. Ze hebben dus na een maanwandeling geen lift of lange lander nodig om terug in hun module te komen.

dynetics-human-lander.jpg
Het Dynetics Human Landing System (afbeelding: Dynetics)

Het Dynetics Human Landing System kan op meerdere commerciële raketten gelanceerd worden, maar ook op NASA’s SLS.

SpaceX

SpaceX zet natuurlijk Starship in, maar dan toch anders. Met 50 meter is deze maan-versie van Starship veruit de grootste maanlander. Anders dan de eerdere Starship edities, heeft deze geen vinnen of vleugels. Dus deze versie van Starship zal ook niet in staat zijn om een reentry in de Aard-atmosfeer uit te voeren.

starship_moon_astronauts.jpg

De maanlander moet na lancering koppelen met een brandstof tanker. Astronauten worden bij de lander gebracht in een Orion ruimteschip. De lander kan ook 100 ton aan vracht op het maanoppervlak afleveren. Daarmee kan het gemakkelijk componenten neerzetten voor een beginnende maanbasis, iets wat NASA uiteindelijk wil.

De raketmotoren die worden gebruikt voor de landing, zijn hoog in het ruimteschip geplaatst. Dat betekent dat dat puin op het oppervlak door de druk van de uitlaat niet opgeworpen wordt en mogelijk schade aanricht. (Uit onderzoek van landingsbeelden van Apollo 15 bleek onlangs dat de landing een rotsblok wegblies.) Er is plaats voor 4 astronauten en er zijn twee luchtsluizen waarmee ze naar buiten kunnen.

 

Vervolg

Blue Origin en team hebben het meeste geld in de wacht gesleept: 579 miljoen dollar. Dynetics krijgt 253 miljoen en SpaceX komt er wat schamel vanaf met een contract van slechts 135 miljoen.

Starship biedt NASA veel mogelijkheden voor de verdere toekomst, omdat het zoveel vracht kan leveren. Maar uit het rapport bleek dat NASA deze lander wel nogal complex vindt, zoals o.a. het standregelsysteem. Dat is gebaseerd op een nieuw concept.

In februari 2021 vindt er een evaluatie plaats van de drie partijen. Het kan zijn dat er meerdere maanlanders ontwikkeld zullen worden, zodat NASA meer keus heeft op weg naar de maan.

Bronnen:

https://www.nasaspaceflight.com/2020/04/nasa-blue-origin-dynetics-spacex-hls-artemis/

https://spaceflightnow.com/2020/05/01/nasa-identifies-risks-in-spacexs-starship-lunar-lander-proposal/

https://www.nasa.gov/feature/nasa-selects-blue-origin-dynetics-spacex-for-artemis-human-landers

Scott Manley’s video hierover:

 

Ptolomeus_B

Verbazing dat Ptolomeus-B zo’n onopvallende depressie is; een lage stand van de zon is nodig om ‘B’ zichtbaar te maken. Het is dus niet de grootste krater in Ptolomeus, Ammonius, maar de wat langwerpige deuk daar dicht bij.

In het focus van de OMC200, ASI174MM met Baader roodfilter, SharpCap pro, AS 3, AstraImage, Irfanview. 200401 1717UT

SpaceX gaat vrachtschip leveren voor Lunar Gateway

NASA heeft SpaceX een contract gegeven om een voorraadschip te ontwikkelen die kan aankoppelen bij de Lunar Gateway. Dat voorraadschip, de Dragon XL, moet gelanceerd gaan worden op een Falcon Heavy en 5 ton aan vracht leveren bij het toekomstige circumlunaire ruimtestation. SpaceX levert nu ook al vracht bij ruimtestation ISS en vanaf mei hopen ze de eerste NASA astronauten te lanceren.

Net als de Dragon die nu vrachten naar ISS brengt, zal de Dragon XL een onder druk staand deel hebben en een deel hebben voor vrachten die niet onder druk vervoerd hoeven te worden. De Dragon XL zal geen vrachten terug naar Aarde brengen. De Dragon XL heeft dus geen hitteschild of speciale voor re-entry geschikte thermische bekleding nodig. Wel moet het vrachtschip langere missies kunnen doorstaan: 6 tot 12 maanden.

De Lunar Gateway is een internationaal ruimtestation dat in een halo baan achter de maan moet gaan draaien. Naast NASA gaan Rusland, ESA, Canada en Japan onderdelen eraan leveren. Oorspronkelijk stond gepland dat ook bemande maanlanders eerst aan de Lunar Gateway zouden koppelen. Onlangs besloot NASA voor de eerste bemande maanlanding, de Artemis 3 vlucht, het ruimtestation over te slaan. Dit om de deadline van 2024 te kunnen halen.

Bronnen:

https://www.nasaspaceflight.com/2020/03/dragon-xl-nasa-spacex-lunar-gateway-supply-contract/

https://www.nasaspaceflight.com/2020/03/nasa-against-gateway-lunar-landing/

 

Coverfoto: SpaceX

 

Maanrover Yutu-2 onthult de wereld onder zijn wielen

Astronomen die graag willen weten hoe hemellichamen er van de binnenkant uit zien, komen deze week aan hun trekken. De Chinese maan-rover Yutu-2 heeft een grondradar instrument en daar werden de eerste resultaten van gepubliceerd. Chang’e 4 en de Yutu-2 rover, die vorig jaar landden in de Von Kármán krater op de achterkant van de maan, zijn nog altijd actief. Ze hebben al 14 keer de koude maan-nacht en de hitte van 15 maan-dagen overleefd.

eaay6898_F1.large.jpg
Links: de Von Kármán en Finsen kraters. De gele lijnen geven ejecta van de Finsen krater aan die mogelijk in de bodem onder Yutu-2 terecht zijn gekomen. Rechts: de route van Yutu-2 (credits: CNSA/CLEP)

Opmerkelijk genoeg drong de grondradar van Yutu-2 drie keer dieper door dan de Yutu rover die zo’n zelfde instrument mee had in 2013. Deze rover landde met Chang’e 3 aan de voorkant van de maan, in Sinus Iridium. De 500 MHz radarpulsen van Yutu-2 drongen door tot maar liefst 40 meter. De reden dat de radar zo veel verder doordringt in de Von Kármán krater, is dat de bodem waar Yutu-2 over rijdt, waarschijnlijk veel poreuzer is dan die onder Yutu uit 2013.

Wat zich onder het oppervlak bevond, bleek moeilijk in beeld te brengen. Deels omdat de elektromagnetische koppeling van de radarpulsen met de metalen behuizing van de rover, en deels omdat het waarschijnlijk bezaaid ligt met rotsen van verschillende grootten. Dat maakte de situatie complexer. Door meerdere doorsneden te maken en door gebruik te maken van een algoritme om de data te behandelen, konden de wetenschappers toch een soort 3D beeld maken van wat er zich onder Yutu-2 bevond.

eaay6898_F2.large.jpg
Bovenaan de gegevens van Yutu-2’s Lunar Penetrating Radar (LPR). Figuur B laat een zogenaamde tomografie (een doorsnede) zien van de bodem. Figuur C geeft weer hoe de wetenschappers denken dat de bodem er uit ziet. (Afbeeldingen: Chunlai Li et. al.)

Wat men denkt, is dat al deze rotsen in de bodem geraakt zijn in een turbulentere tijd, zo’n 3,6 miljard jaar geleden (in geologische tijdvakken op de maan: het Prenectarium). Kennelijk vielen toen veel meer meteorieten in het gebied en die zijn achtergebleven geraakt in de bodem. Ook ejecta van dit soort inslagen behoren waarschijnlijk tot deze populatie rotsen.

eaay6898_F3.large.jpg
De wereld onder de route die Yutu-2 gereden heeft. (Afbeelding: Chunlai Li et. al.)

Deze resultaten zijn van de eerste twee maan-dagen van het radarinstrument van Yutu-2. Inmiddels is deze rover aan maan-dag nummer 15 bezig. En hoewel de rover slechts langzaam verder rijdt, doet hij nog altijd interessante vondsten. Zo werden in december lichtgekleurde stukken rots gevonden. Nadere inspectie leerde dat deze rotsen weinig erosie ondergaan hadden.

yutu2_lichtgekleurde_rotsen.PNG
Roodomcirkeld: een lichter gekleurd stuk rots. (Credits: CNSA/CLEP)

Erosie op de maan wordt veroorzaakt door micrometeorieten. Hoe meer erosie daarvan, hoe ouder de rotsen. Deze stukken rots waren jonger dan de omgeving, alhoewel het lastig was te zeggen hoe jong ze werkelijk waren. De roverbestuurders hebben ongetwijfeld meer metingen eraan verricht, maar die waren nog niet vrij gegeven.

Bronnen:

https://phys.org/news/2020-02-side-moon-change-probes-meters.html

https://advances.sciencemag.org/content/6/9/eaay6898

https://mp.weixin.qq.com/s/pcWvsvosHrypKBMbejxp3A

https://www.space.com/china-chang-e-4-moon-rover-finds-young-rocks.html

 

Coverafbeelding: Chunlai Li et. al.

Wetsvoorstel zet streep door maanlanding in 2024

Vorig jaar kreeg NASA van vice-precident Mike Pence de opdracht om weer astronauten op de maan te zetten in 2024. NASA mocht dat doel bereiken door commerciële partijen in te schakelen. Die had NASA wel nodig, want ze had geen uitgewerkte ontwerpen voor een maanlander. Daar was namelijk al jaren geen budget voor. Dus NASA vroeg afgelopen herfst bedrijven om met plannen te komen voor een Human Landing System. Die maanlander moest dan liefst eerst langs gaan bij de Lunar Gateway, een ruimtestation bij de maan, dat NASA met internationale partners aan het ontwikkelen was.

Maar als het Amerikaanse Congres zijn zin krijgt, gaat er een streep door die plannen. Een wetsontwerp vraagt NASA om pas in 2028 op de maan te landen en dat moet NASA doen met een eigen ontworpen maanlander. De Lunar Gateway gaat niet naar de maan, maar deze moet de Mars Gateway worden. Daarmee moeten astronauten in 2033 een bezoek gaan brengen aan de rode planeet. Deze vlucht gaat nog niet om een landing, maar het Amerikaanse Congres wil dat de Verenigde Staten zo voorbereid wordt om als eerste voet op Mars te zetten.

Het wetsvoorstel zegt ook dat NASA geen moeite moet doen om waterijs bij de polen van de maan te onderzoeken. Dit waterijs zou omgezet kunnen worden in raketbrandstof, maar de House Science Committee vindt dat dit te veel afleidt van een missie naar Mars. De grote winnaar van dit wetsvoorstel is Boeing, omdat het andere commerciële aanbieders grotendeels uitschakelt. Zo is het niet waarschijnlijk dat SpaceX haar Starship maan-waardig maakt voor slechts een of twee vluchten.

De commissie is een samenwerking van Democraten en Republikeinen. Wat er mee gaat gebeuren, is nog te bezien.

 

Bronnen:

https://spaceflightnow.com/2020/01/26/bipartisan-house-bill-spurns-2024-moon-landing-goal-favoring-focus-on-mars/

https://spacenews.com/house-introduces-nasa-authorization-bill-that-emphasizes-mars-over-moon/

https://www.congress.gov/bill/116th-congress/house-bill/5666/text

Coverafbeelding: NASA

 

China zet fotomateriaal Chang’e 4 online

Een jaar geleden landde de Chinese Chang’e 4 in de Von Kármán krater op de achterkant van de maan met de rover Yutu 2. Zowel de lander als de rover zijn nog steeds actief. Yutu 2 rijdt nog steeds verder. Yutu 2 is daarmee nu de langst opererende maanrover ooit, al reden de Loenochods in de jaren zeventig wel veel verder. Yutu 2 reed van de landing tot aan de 13e maan-dag in totaal 358 meter. Loenochod-2 reed 37 km. Maar de Chinese rover-bestuurders hebben wel meer oog voor wetenschappelijke resultaten.

En onlangs heeft China een hoop van die wetenschappelijke gegevens, inclusief fotomateriaal online gezet. Het gaat om gegevens van de landing tot december. Naast foto’s zijn er ook spectra en metingen gemaakt met de grondradar.

De Engelstalige versie van de site is hier te vinden:

http://moon.bao.ac.cn/index_en.jsp

Je moet registreren om de gegevens te kunnen downloaden. De foto’s zijn te downloaden in een speciaal wetenschappelijk formaat. Dat betekent dat je ze niet in iedere fotoviewer meteen kunt bekijken.

Een manier waarmee je de foto’s (op Windows) zichtbaar kunt maken, is Irfanview. Je moet daarbij ook de plugins installeren.

Voor wie de uitdaging aan wil gaan, dit is hoe de beelden zichtbaar gemaakt kunnen worden in Irfanview:

  1. Download een .2B bestand en hernoem het naar .RAW . LCAM zijn landingsfoto’s, TCAM zijn terreinfoto’s en PCAM zijn foto’s gemaakt met de panoramische camera. LPR is grondradar data en VNIR zijn spectra in zichtbaar licht en infrarood. Deze instructies werken voor beelden van de PCAM.
  2. Open het bestand met Irfanview. Deze vraagt nu om een aantal instellingen. Vul deze als volgt in: (met dank aan deze Duitse instructies)

irfanview_change4

Mogelijk komen er de eerste keer nog wat errors voorbij, maar het beeld is als het goed is wel zichtbaar.

3. Sla het beeld op (sneltoets: S) met het formaat naar keuze (.jpg, .png of .tif bijvoorbeeld).

Voor lezers met een Mac of Linux zijn er andere producten. Ik heb op Twitter begrepen dat GDAL van MIT een oplossing biedt. Laat gerust even weten of en hoe het werkt, dan vullen we dat aan bij deze blogpost.

 

Voor diegenen met minder tijd, zijn er gelukkig al ervaren beeldbewerkers met de foto’s van Chang’e 4 aan de slag gegaan. Kijk bijvoorbeeld eens naar de fotobibliotheek van Doug Ellison:

Site 97 Anaglyph

 

 

[Update: 5-1-2020 21:40]

Er zijn ook Python libraries en een Jupyter notebook om Chang’e 4 beeldmateriaal te bekijken: https://github.com/siyu6974/ChangE_4_data_playground

 

[Update: 6-1-2020 22:30]

Nog een andere aanpak: eentje die voor Windows, Linux en Macs werkt, namelijk met ImageJ (met dank aan Doug Ellison). Deze levert bovendien ook kleurenfoto’s op.

1. Download ImageJ en de Debayer plugin (of alle plugins) op deze website van de Universiteit van Manitoba.

2. Pak ImageJ uit in een directory naar keuze. Pak de plugin(s) in de plugins directory van de ImageJ installatie.

3. Download een PCAM bestand van Chang’e 4 en hernoem het .2B bestand naar .RAW.

4. Start ImageJ (met de executable in de ImageJ directory)

Kies hierbij voor de volgende instellingen:

imagej_change4_1.PNG

Je krijgt nu al een foto te zien.

5. Ga in het menu naar Plugins, Debayer, Debayer Image.

imagej_debayer_change4.PNG

6. Sla het bestand op in het formaat naar keuze.

Dit voorbeeld heb ik daarna alleen nog iets lichter gemaakt:

CE4_GRAS_PCAML-C-010_SCI_N_20190111034804_20190111034804_0002_Bb.png

In de tweets van Doug Ellison vertelt hij ook nog hoe hij foto’s bij elkaar brengt tot een panorama:

[Update 7-1-2020 22:10] De foto’s zijn door iemand geconverteerd en op een Google Drive gezet: https://drive.google.com/drive/folders/1hWYi3vG2U547Nb1yTwXqsgKCDhaghL8j

Nu kun je alles zonder tools bekijken.

 

Coverfoto: Chang’e 4 / Yutu 2 / CNSA. (Licht) bewerkt door Marcel-Jan Krijgsman

Inslagkrater Vikram lander gevonden

De restanten van de Indiase maanlander Vikram zijn gevonden op NASA foto’s dankzij een toegewijde amateur. De foto’s van de Lunar Reconnaissance Orbiter waren al online te zien. Shanmuga Subramanian besloot foto’s van voor en na de crash van Vikram op 6 september te vergelijken. Te zien is dat stukken van de lander her en der sporen hebben nagelaten.

vikram_impact_blink.gif

De Indiase ruimtevaartorganisatie ISRO heeft al aangekondigd een Chandrayaan-3 missie met alleen een lander te overwegen. Die zou dan in november volgend jaar gelanceerd moeten worden.

 

Bron:

https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2019/vikram-lander-found

Foto’s: NASA/GSFC/Arizona State University