LCROSS

LCROSS war eine unbemannte Raumsonde, die die NASA im Juni 2009 als kostengünstige Mission zum Nachweis von Wassereis und anderen flüchtigen Stoffen in permanent schattigen Mondkratern startete. Die Sonde bestand aus zwei Komponenten: der Centaur-Oberstufe einer Atlas-V-Rakete und einer kleineren Shepherd-Sonde, die Messinstrumente trug. Am 9. Oktober 2009 prallte die Centaur mit etwa 2,5 Kilometern pro Sekunde auf den Krater Cabeus nahe dem Mondsüdpol auf, kurze Zeit später folgte die Shepherd-Sonde. Die Einschläge erzeugten Trümmerfontänen, die von Instrumenten an Bord der Shepherd analysiert wurden, bevor diese ebenfalls auf der Oberfläche aufschlug.

Das Hauptziel der Mission war, das Vorhandensein von Wassereis in Mondregolith zu bestätigen, das zwar indirekt durch Orbitalspektroskopie nachgewiesen, aber bisher nie durch direkte Probennahme oder Impaktanalyse belegt worden war. Der Centaur-Einschlag setzte etwa 350 Tonnen Material in die dünne Mondatmosphäre frei und erzeugte eine Trümmerfontäne, die für bodengestützte Teleskope und für Instrumente an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter sichtbar war. Spektroskopische Daten, die während des Impaktereignisses gesammelt wurden, zeigten Hydroxyl- und Wasserdampsignaturen im ausgeschleuderten Material und erbrachten den eindeutigen Beweis für subsurfaces Wassereis in bestimmten Mondregionen.

Technische Durchführung und Ergebnisse

LCROSS zeichnete sich durch die Umnutzung von Infrastruktur aus: Die Centaur-Stufe selbst wurde zum primären Impaktor, anstatt nach der Nutzlastfreisetzung verworfen zu werden, was die Missionskosten senkte und gleichzeitig die Aufprallenergie maximierte. Die Shepherd-Sonde führte Sichtkameras, Infrarotspektrometer und Ultraviolettsensoren mit sich, um die Impaktfontäne während der etwa 60 Sekunden zwischen dem Centaur-Einschlag und der eigenen Kollision mit der Oberfläche zu charakterisieren. Die Datenübertragung zur Erde lief bis zum Aufprall weiter, wobei die Sonde durch die Trümmerfontäne hinabstieg, um in-situ-Messungen zu erfassen.

Die Mission bestätigte, dass die Wassereis-Konzentrationen in bestimmten permanent schattigen Kratern frühere Schätzungen übertraf, wobei einige Regionen 5 bis 10 Prozent Wassereis nach Masse vermischt mit Regolith enthielten. Dieses Ergebnis hatte erhebliche Auswirkungen auf die Planung künftiger Mondexploration und Ressourcennutzung, da Eisvorkommen als Wasserspeicher für Lebenserhaltungssysteme und als Rohmaterial für Raketentreibstoff durch Elektrolyse dienen konnten. Der Impaktkrater Cabeus selbst blieb für Mondwissenschaftler von Interesse wegen seiner extremen Kälte und permanenten Verschattung, die flüchtige Stoffe für Milliarden Jahre konserviert.

LCROSS arbeitete unter engen Budgetbeschränkungen, typisch für NASAs Discovery-Programm, mit Missionskosten von etwa 79 Millionen Dollar. Die Raumsonde wurde vom Missionskontrollzentrum im NASA Ames Research Center gesteuert. Während die primären Wissenschaftsziele erreicht wurden, stellte sich das sekundäre Ziel, den Einschlag mit dem Hubble-Weltraumteleskop abzubilden, aufgrund von Zeitkoordinierung und Beobachtungsgeometrie als schwierig heraus, was die Datenerfassung von weltraumgestützten Einrichtungen einschränkte.