Die japanische Raumfahrtbehörde Jaxa setzt zur Mondlandung an. Seit dem 25. Dezember 2023 befindet sich die japanische Slim-Mission in der Mondumlaufbahn und umrundet den Trabanten in einer Höhe von etwa 600 Kilometern. Am 19. Januar 2024 soll der Abstand zur Oberfläche unseres Nachbars zunächst auf 15 Kilometer herabgesetzt werden.

Der Livestream soll um 15 Uhr MEZ (23 Uhr JST) auf YouTube beginnen, eine Stunde darauf wird der Landeanflug beginnen. 20 Minuten später soll die Sonde auf dem Mond aufsetzen. Ist das Manöver erfolgreich, wäre Japan nach der ehemaligen Sowjetunion, den USA, China und Indien das fünfte Land, dem eine Mondlandung gelungen ist. Gestartet war Slim am 7. September.

Der Mond ist in diesem Jahrzehnt ein begehrtes Ziel in der Raumfahrt. Die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa hatte erst im letzten Jahr die Mission LunaH-Map für abgeschlossen erklärt. Zwar konnte der kleine Mondorbiter sein Ziel, die Kartierung des Mond-Südpols, nicht erreichen, seine Messinstrumente für die Suche nach Wasser haben jedoch funktioniert und Versionen davon werden in zukünftige Missionen einfließen. 

Im April wollte das japanische Unternehmen iSpace mit seiner Mission Hakuto-R auf der Mondoberfläche landen, zerschellte aber bei der Landung. Denn leider ist eine Landung auf einem fremden Himmelskörper alles andere als leicht. Indien gelang die Landung im vergangenen Jahr. Russland, obwohl zuvor in seiner Geschichte erfolgreich, scheiterte 2023.

Das Ziel des Slim-Projekts ist die Demonstration von präzisen Techniken zur Hinderniserkennung und punktgenauen Landung auf dem Mond. Dabei soll der Lander sein Ziel um 100 Meter genau erreichen. Bei Apollo 11 lag der Toleranzbereich bei rund zwei Kilometern. Doch wie soll die Landung genau erfolgen?

Bei Slim handelt es sich um ein Landemodul, das um seinen Treibstofftank als Strukturelement herumgebaut ist. Es ist ein unregelmäßig geformter Quader mit einer Höhe von 2,40 Metern, einem Durchmesser von 2,70 Metern und einer Tiefe von 1,70 Metern. Slim kommt auf ein Gesamtgewicht von 590 Kilogramm – wobei das Gewicht bei der Landung auf den Mond durch seine geringe Schwerkraft auf 210 Kilogramm sinkt. Das Missionsteam hat beim Gewicht gespart und sich für eine funktionellere Beobachtungsausrüstung entschieden, um auch auf ressourcenknappen Planeten sicher und sanft zu landen - eine notwendige Voraussetzung für einen erfolgreichen Einsatz.

Das Landemodul der japanischen Slim-Mission beim Landeanflug auf dem Mond (Illustration). Bildrechte: MDR, Jaxa

Das Landefahrzeug wird bei der Ankunft am Mond allmählich in eine elliptische Umlaufbahn wechseln, deren weitester Abstand von der Mondoberfläche 600 Kilometer ausmachen soll. (Zum Vergleich: Die Internationale Raumstation ISS umrundet die Erde in einer durchschnittlichen Höhe von 408 Kilometern.) Sobald Slim den perilunaren Punkt in einer Höhe von 15 Kilometern über der Mondoberfläche erreicht, wird die umgekehrte Zündung für die Landesequenz eingeleitet. Das soll am 19. Januar 2024 passieren.

Die Landestelle soll sich im Zentrum des Kraters Shioli befinden. Es ist ein kleiner Mondeinschlagskrater, der sich innerhalb des viel größeren Cyrillus-Kraters befindet. Sein Durchmesser beträgt etwa 270 Meter. Dieser relativ junge Krater liegt im Mare Nectaris (bei 13 Grad südlicher Breite und 25 Grad östlicher Länge) auf der erdnahen Seite des Mondes. 

Der Cyrillus-Krater auf dem Mond, aufgenommen bei der Mondmission Apollo 16. Bildrechte: MDR, Nasa

Am Landeort soll es Stellen geben, an denen sich freigelegtes Material aus dem Mondinneren befindet. Diese sollen durch den Meteoriteneinschlag an die Oberfläche gelangt sein. Das Forschungsteam vermutet, dort das Gestein Olivin zu finden. Ein Material, das aufgrund seines hohen spezifischen Gewichts in den Mondmantel sank, als der Urmond noch heiß war und schmolz. 

Mit der Multi-Band-Kamera (MBC) der Slim-Mission soll die Zusammensetzung von Olivin untersucht werden, indem das Sonnenlicht das Material auf dem Mond spektroskopisch reflektiert – also in seine Regenbogenfarben aufteilt. Dabei wird die Kamera die Lichtintensität jeder Wellenlänge genau analysieren. 

Impakt von Protoplanet Theia auf Protoerde Gaia Bildrechte: imago/Science Photo Library

Anschließend können die Ergebnisse mit der Gesteinszusammensetzung auf der Erde verglichen werden. Dies könnte die Fachwelt einen Schritt näher an die Lösung im Rätsel um die Entstehung und Entwicklung des Mondes bringen. Ist er tatsächlich entstanden, weil die frühe Erde mit dem Protoplaneten Theia zusammengestoßen ist?

Zunächst einmal muss Slim landen. Das Manöver soll nach japanischer Zeitrechnung um Mitternacht (20. Januar 2024) erfolgen – in Deutschland wird es dann 16 Uhr (MEZ, 19. Januar) sein. In einer Höhe von 15 Kilometern beginnt die angetriebene Abstiegsphase, die das Raumfahrzeug auf eine Höhe von 3,5 Kilometern sicher absenken soll.

Da wäre zunächst die Kraftabstiegsphase: Hierbei wird die Kamera auf die Mondoberfläche ausgerichtet, um Bilder von der Mondoberfläche aufzunehmen und zu verarbeiten. Dabei sollen die fotografierten Krater mit einer vorinstallierten Karte der Mondoberfläche autonom verglichen werden. Das hilft bei der genauen Positionsbestimmung des Raumfahrzeugs. Dafür haben die Slim-Ingenieure einen speziellen Bildverarbeitungsalgorithmus mit hoher Rechenleistung entwickelt.

Mit etwas Glück wird die neue Landetechnologie zur erfolgreichen Mondlandung der Slim-Mission führen. Bildrechte: MDR, Jaxa

In einer Höhe von 3,5 Kilometern wird die vertikale Abstiegsphase eingeleitet, die letztendlich zur Landung führen soll. Mittels Landeradar wird die genaue Höhe und damit der Abstand zum Boden ermittelt. Die Hinderniserkennung erfolgt in einer Höhe von etwa 300 Metern über dem lunaren Terrain. Nun können noch Feinanpassungen der horizontalen Position erfolgen. Zu viel Geröll in der Landezone könnte die Mission bei der Landung scheitern lassen. 

In einer Höhe von drei Metern stellt sich der Hauptmotor ab. Für den Landefuß wurde eine neuartige Technologie entwickelt, für die Metall mittels 3D-Druck in eine schwammartige Form gebracht wurde. Der Aufprall, der bei der Landung entsteht, wird absorbiert, indem die schwammartige Struktur zerdrückt wird. Wenn alles nach Plan verläuft, sollte die sanfte Mondlandung gegen 16:20 Uhr (MEZ) abgeschlossen sein.

Nun kann die eigentliche – teils oben beschriebene – Mission beginnen. Doch Japan hat noch ein Ass im Ärmel. Denn Japan wäre nicht Japan, wenn es seine Liebe für Spielzeug nicht auch bei einer Mondmission auslebt. Denn an Bord des Landefahrzeugs befindet sich ein kleiner Rover. Gemeinsam mit dem Spielzeughersteller Takara Tomy (Teil der Sony Group) und der Doshisha Universität wurde das kugelförmige Fahrzeug Sora-Q entwickelt. 

Er ist mit zwei Kameras ausgestattet und kann seine Form verändern, um die Mondoberfläche zu befahren. Die Räder, die sich frei nach links und rechts bewegen, können nach Angaben des Unternehmens in zwei Laufmodi laufen, dem Schmetterlingslauf und Kriechlauf. Zumindest in Japan kam ein Modell dieses Rovers letztes Jahr in die Spielzeugläden – zwischenzeitlich war und ist das Spielzeug teilweise ausverkauft.

Neben dem Rover und der wissenschaftlichen Mission soll die verwendete Landetechnologie neue Tore für interplanetare Erkundungstouren öffnen. Slim soll es ermöglichen, überall da zu landen, wo es die Menschheit für nötig empfindet. Bisher waren Missionen darauf ausgerichtet, dort zu landen, wo es einfach ist und war. 

Wenn die japanische Technologie ihre Versprechen tatsächlich einlösen kann, könnte das auch Landungen auf anderen fremden Welten ermöglichen. Beispielsweise auf den Eismonden des Jupiters oder des Saturn – immerhin gilt der Saturnmond Enceladus als vielversprechendster Kandidat für die Entstehung von weiterem Leben in unserem Sonnensystem.