Auf der Suche nach verborgenen Schätzen – Radar-Kampagne in LUNA
Auf dem Mond enthalten die obersten Meter des Untergrundes potentiell bedeutsame Rohstoffquellen, wie Wassereis oder Lavatunnel. Solche Ressourcen könnten als Schutzraum genutzt werden, der für die dauerhafte Anwesenheit von Menschen äußerst wichtig ist. Diese Tiefen sind robotisch und für Astronautinnen und Astronauten erreichbar, aber zunächst muss klar sein, wo es sich zu suchen lohnt. Geophysikalische Methoden, die den Untergrund mithilfe von Messungen an der Oberfläche abbilden können, liefern einen wichtigen Beitrag, um diese „versteckten Schätze“ zu finden. Ein Team von Wissenschaftler/innen vom Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik der Technischen Universität (TU) Dresden hat während einer Kampagne vom 18. bis 20. November 2024 eine dieser Methoden, die Sondierung mit Bodenradar, in Zusammenarbeit mit dem DLR-Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) in LUNA angewendet. Die TU Dresden spielt eine führende Rolle bei der Planetenerforschung mit Radar; ihre Expert/innen sind aktiv an großen Radarmissionen der NASA und ESA, sowohl auf Rovern als auch auf Sonden in der Umlaufbahn um Planeten, beteiligt. Dazu gehören zum Beispiel die Bodenradarexperimente auf NASAs Mars 2020 Rover Perseverance, der Mars Express Sonde der ESA und dem Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) der ESA.
Der Bodenradar verwendet elektromagnetische Wellen, die von geologischen Schichten, Eis, Steinen, oder Hohlräumen reflektiert werden, um den Untergrund zu durchleuchten. Die chinesischen Chang’E 3 und 4 Mondmissionen Ender der 2010er haben diese Technik zuerst auf planetaren Rovern verwendet. Seit 2021 liefert der Bodenradar auf dem Perseverance Rover die ersten in-situ Aufnahmen des flachen Untergrunds des Mars, bis zu einer Tiefe von einigen 10er Metern. Der nächste Schritt nach diesen Vorläufermissionen ist die tatsächliche Lokalisierung von relevanten Ressourcen. Die Tests in LUNA verwendeten daher verschiedene Antennen, inklusive einem Modell der von der TU Dresden hergestellten Antenne des WISDOM (Water, Ice and Subsurface Deposit Observation on Mars) Radars für den 2028 fliegenden Rosalind Franklin ExoMars Rover der ESA. Bei dieser Mission werden die Daten des Bodenradars helfen, zu entscheiden, wo Bohrproben genommen werden, und den Kontext für die Interpretation dieser Proben liefern. Zudem wurden verschiedene Mess-Strategien getestet: Antennen wurden am LUNA-Kran über den Boden bewegt (ähnlich wie bei einem an einem Rover angebrachten Bodenradar), über den Boden gezogen, oder tatsächlich auf einer ferngesteuerten Rover-Attrappe befestigt. Daten wurden dann entlang einer Linie mit Testfällen erhoben, die aus aktiven Rover-Missionen bekannten Szenarien auf dem Mond und Mars nachempfunden waren. Das waren beispielsweise vergrabene Steine und Hohlräume im Regolith, Mikro-Einschlagskrater und Duricrust-Phänomene (eine harte, mineralreiche Oberflächenschicht). Das MUSC hat zudem weitere spezielle Explorationsziele in der Deep Floor Area zur Verfügung gestellt, wie eine nachgebaute Lavaröhre, simuliertes Wassereis und in der Tiefe vergrabene metallische Radar-Kalibrationsobjekte. Die Tests helfen außerdem dabei, die elektromagnetischen Eigenschaften des Regolithsimulants in LUNA in situ zu bestimmen, die dann mit zuvor gemachten Labormessungen und dem tatsächlichen Mondregolith verglichen werden können.
Die Sammlung von Bodenradar- und Kontextdaten bei dieser Kampagne wird dazu beitragen, die Interpretation von geologischen Zielen im Regolith auf dem Mond und Mars zu verbessern. Die Ortung von vergrabenen Ressourcen wird von Wissenschaftler/innen als hochkomplex, aber gleichzeitig sehr wichtig für die weitere Mond-Exploration, angesehen. Von daher sind Experimente, wie sie in LUNA durchgeführt werden, unverzichtbar für die zukünftige Entwicklung von Instrumenten und Planung von Missionen, die sich auf die Detektion von oberflächennahen Rohstoffquellen konzentrieren.
