Ny farkost ställer månlandning på huvudet
Månen är full av vatten och värdefulla mineraler, och den är även en perfekt språngbräda till övriga solsystemet. Därför har Nasa beställt en ny månlandare som vänder upp och ner på hur rymdfarkoster normalt fungerar.
Det är över 50 år sedan en människa senast satte sin fot på månen. Apollo 17 år 1972 blir dock inte den sista bemannade Nasaexpeditionen till jordens trogna följeslagare.
Den amerikanska rymdorganisationen har nämligen sjösatt efterträdaren till det berömda Apolloprojektet, en rad expeditioner med namnet Artemis.
Därför fick techmiljardären Elon Musk och hans rymdtransportföretag SpaceX år 2021 i uppgift att bygga en farkost som säkert kan landa astronauter på månen. Nu har dock en helt ny månlandare dykt upp.
Nasa satsar nämligen på flera hästar för att säkra människan en helt ny typ av energi – och en språngbräda till utforskning längre ut i rymden än någonsin tidigare.
Den nya landningsfarkosten vänder upp och ner på det vanliga sättet att bygga rymdfarkoster, vilket kan visa sig bli dess stora fördel.
Månens vatten lockar
Sedan Apollo 17-expeditionens astronauter lämnade månen har rymdfarten förändrats dramatiskt. När USA väl hade besegrat ryssarna i månkapplöpningen minskades Nasas budget kraftigt. Antalet medarbetare störtdök från närmare 400 000 i slutet av 1960-talet till knappt 150 000 i början av 1970-talet.
Amerikanerna fokuserade först på rymdfärjorna och senare på bygget av ISS, den internationella rymdstationen, som påbörjades vid millennieskiftet.
På senare år har dock både Nasa, flera andra länders rymdorganisationer och nya privata aktörer börjat intressera sig alltmer för att återvända till månen. Den främsta anledningen till det är vatten.
Forskare tror att det på månen finns stora mängder vatten bundet i is. Bland annat observationer av Nasas Lunar Reconnaisance Orbiter har visat att upp till 22 procent av ytan i den 21 kilometer breda kratern Shackleton kan vara täckt av is. Sammanlagt tros det finnas hela 600 miljarder kilo vattenis på månens poler.
Vattnet kan naturligtvis drickas av astronauter, och det går även att utvinna livsviktigt syre ur vatten.
Ännu viktigare för rymdingenjörerna är emellertid att vattnet kan bli en källa till raketbränsle. Solens strålar kan först hjälpa oss att utvinna vatten ur isen i måndammet. Sedan kan solceller bidra med el till processen elektrolys. Vid elektrolys delas vattnets molekyler upp i sina två beståndsdelar, syre och väte.
Vätet kan samlas in och kylas till flytande form i bränsletankar till mellanlandande raketer. På så vis behöver raketerna mindre bränsle när de sänds upp från jorden, eftersom de kan stanna till på månen, tanka och flyga vidare på expeditioner längre ut i solsystemet.
De kommande månexpeditionerna sätter kurs mot månens sydpol, där sonder har visat att det kan finnas stora mängder vattenis.
Månen kan emellertid också påverka vår vardag på jorden. Den innehåller nämligen med stor sannolikhet stora fyndigheter av så kallade sällsynta jordartsmetaller, en grupp mineraler som är helt oumbärliga i bland annat smartmobiler, elbilsbatterier och många andra sorters elektronik.
På månen finns också helium-3, en särskild variant av grundämnet helium. Helium-3 är tänkt att fylla en viktig funktion i framtida så kallade fusionskraftverk, som genom att efterlikna solens fusionsprocesser kan komma att skapa koldioxidneutral energi utan radioaktivt avfall.
Det är dock lättare sagt än gjort att landa på månen. På senare år har obemannade landningsfarkoster från privata rymdföretag i Japan, Indien och Israel störtat och blivit skrothögar på månens yta.
Hälften av alla landningar har misslyckats
Sovjetunionen och senare Ryssland har sänt hela 58 expeditioner till månen, men endast 18 av dem har landat säkert. Amerikanerna har genomfört flest lyckade landningar, men även andra länder, framför allt Kina, Japan och Indien, har deltagit i den nya månkapplöpningen på senare tid.
Nasa bygger inte längre de farkoster som ska placera astronauter på månens yta, utan har lagt ut den uppgiften på privata rymdföretag. Sedan år 2021 har Elon Musks SpaceX arbetat med en variant av landningsfarkosten Starship som ska kunna landa på månen. Men nu har även ett annat företag blandat sig i leken. Nasa vill nämligen gärna ha två olika farkoster med sina respektive för- och nackdelar – och så finns det en backup ifall den ena farkosten till exempel skulle bli försenad.
Företaget heter Blue Origin och ägs av en annan techmiljardär, Jeff Bezos.
Elon Musks rymdtransportföretag SpaceX arbetar med att konstruera farkosten Starship, som ska föra astronauter till månen.
Månlandaren heter Blue Moon och den tillverkas med särskilt fokus på en mjuk landning.
I det här sammanhanget kan en ovanlig placering av bränsletankarna, en motor skapad av en 3D-skrivare och tre laserstrålar bli avgörande.
Klarar 30 dagar på månen
Den 16 meter höga månlandaren Blue Moon drivs av flytande väte, liksom Apolloexpeditionernas 110 meter höga Saturn V-raketer. Väte används för att det ger en hög så kallad specifik impuls, det vill säga stor tryckkraft i förhållande till hur mycket bränsle som antänds.
”Vi vill se mer konkurrens. Vi vill ha två månlandare som ger Nasa både tillförlitlighet och en backup.” Nasas chef Bill Nelson
För att inte förångas måste emellertid flytande väte förvaras vid en temperatur under minus 253,15 grader och i rymden kan skillnaden mellan en farkosts sol- och skuggsida vara flera hundra grader. Detta problem löser Blue Moon med två specialutvecklade tekniker. Den första är solcellsdrivna så kallade kryokylare, som aktivt kyler bränslet. Den andra är elementskydd som absorberar och reflekterar värme till rymden, så att den inte värmer vätet.
Därutöver är det framför allt två saker som gör att Blue Moon skiljer sig från de andra farkosterna som ska användas under Artemisexpeditionerna. Den är byggd ”omvänt” och har en ytterst flexibel motor som tillverkats av en 3D-skrivare.
Starshipastronauterna behöver åka nästan 40 meter ner i en hiss från farkostens nos innan de når månens yta. Besättningen ombord på Blue Moon kan i stället bara gå några meter nedför en trappa, eftersom bränsletankarna är placerade omvänt, det vill säga ovanför kabinen.
Omvänd farkost underlättar nedstigningen
I landningsfarkoster sitter manskapet i regel högst upp, men den nya månlandaren Blue Moon vänder upp och ner på konceptet. Bränsletankarna sitter nämligen ovanpå kabinen, vilket ger astronauterna en kortare väg ner till ytan.
1. Antenner kommunicerar med jorden
Överst på den 16 meter höga månlandaren sitter två antenner, som besättningen använder för att kommunicera med Gateway, den planerade rymdstationen som ska ligga i omloppsbana runt månen, samt med en ledningscentral på jorden.
2. Flytande syre och väte högst upp
Högst upp i farkosten finns en tank med flytande väte, omgiven av värmereflekterande paneler, som håller vätet kallt, så att det inte förångas. Undertill finns syre, som förbränns tillsammans med vätet när farkosten ska landa eller lätta.
3. Astronauterna tar sig smidigt ut ur kabinen
Upp till fyra astronauter kan vistas i kabinen. Syret, maten och dricksvattnet räcker i upp till 30 dagar. För att underlätta astronauternas arbete har kabinen placerats så nära ytan som möjligt.
4. Motorn landar mjukt
Motorn, som har fått namnet BE-7, har tillverkats med 3D-skrivare, vilket innebär färre fogar och därmed färre svaga punkter. Dessutom kan den blixtsnabbt variera tryckkraften, så att farkostens landning blir mjuk.
Konstruktionen skiljer sig också från Apollos landningsfarkoster, där astronauterna befann sig ovanför bränsletankarna.
Därutöver är Blue Moon större. Det får plats dubbelt så många astronauter som i Apollos landningsfarkoster.
Lasrar vägleder farkosten
Själva landningen, under vilken astronauterna behöver undvika ojämnheter och stenar på ytan, påverkas framför allt av raketmotorn, som samverkar med ny laserteknik.
En stor del av raketmotorn har tillverkats av 3D-skrivare. Det innebär att den kan framställas i exakt utformade större komponenter och med färre fogar, vilket innebär färre svaga punkter. Samtidigt har ingenjörerna arbetat med att få motorns tryckkraft så flexibel som möjligt, så att den snabbt kan växla från högsta till lägsta nivå om det skulle behövas vid nedstigningen mot månen.
För att styra farkostens kontrolldator kan ett nytt system utvecklat av Nasa komma till användning ombord på Blue Moon. Systemet fungerar på så vis att laserstrålar skickas ner till månen från månlandaren, reflekteras och registreras av miniteleskopet. Det reflekterade ljuset ger farkostens kontrolldator information om var de bästa landningsplatserna finns och hur man bör bromsa och manövrera för att landa så mjukt som möjligt.
Laserstrålar ger mjuk landning
1. Raketmotor påbörjar inbromsning
Sju kilometer ovanför månens yta startas raketmotorn, så att den sakta kan bromsa farkosten under flera kilometer. Motorn startar med maximal styrka, men minskar kraften efter hand som farkosten närmar sig ytan.
2. Laserstrålar ger hög precision
Mellan 6,4 och 4,8 kilometer ovanför ytan aktiveras tre laserstrålar, som reflekteras och registreras av tre miniteleskop. Beroende på hur snabbt ljuset reflekteras kan farkosten fastslå sin orientering och hastighet och göra korrigeringar.
3. Farkosten landar säkert
På 500 meters höjd skickar HDL, ett annat laserinstrument, ett stort antal mindre laserpulser mot månens yta. Pulserna avslöjar små ojämnheter och stenar som skulle kunna göra landningen mindre säker, så att farkosten kan undvika dem.
Enligt planen ska de fyra första astronauterna landa med Blue Moon år 2029, som en del av expeditionen Artemis V. Därefter kan farkosten komma att användas i flera senare Artemisexpeditioner – i konkurrens med SpaceX Starship.
Astronauterna ska bland annat samla in prover, använda forskningsutrustning och, på längre sikt, upprätta permanenta baser och utvinna sällsynta jordartsmetaller och helium-3.
Parallellt fortsätter utvecklingen av ny rymdteknik till längre expeditioner. Nasa sätter bland annat stort hopp till tekniken nuclear thermal propulsion (NTP), där energi från en kärnreaktor ombord på rymdfarkosten används för att värma flytande väte. NTP kan komma att ge farkoster upp till dubbelt så lång räckvidd som traditionella raketmotorer.
I det här sammanhanget kan landningsfarkosten Blue Moon fylla en viktig funktion, för om de kommande årens månexpeditioner visar att väte kan hållas flytande i veckor i månlandarens tankar kan det bli en språngbräda till en helt ny typ av längre rymdresor, där astronauterna kan vara iväg i flera år utan att bränslet tar slut.
