Unser Weg zum Mond

2018 eroberte KSat mit PAPELL die ISS, 2019 mit BUBBLE die Atmosphäre und mit SOURCE werden wir den Orbit erobern. Doch das ist nicht genug. Mit unserem neuesten Projekt MICU fassen wir das nächstgrößere Ziel ins Auge, den Mond. MICU (Mineral Investigation Camera using Ultra-Violet) ist ein Experimenten-Modul (Payload), mit der wir dies erreichen wollen. Im April 2020 veröffentlichte die NASA die sogenannte „Honey, I shrunk the Payload“ Challenge für eine Payload auf einem kleinen Mond-Rover, der in einer noch nicht bestimmten Mondregion operieren soll. Durchgeführt wird dies im Rahmen der Artemis Mission, als Vorbereitung auf die bemannten Mond-Missionen ab 2024. Der Schwerpunkt des Wettbewerbs liegt auf der Entdeckung und Bestimmung von Mondressourcen. MICU soll mittels ultravioletter (UV) Strahlung durch LEDs Mondgestein zum Fluoreszieren bringen, welches wir dann mit einer Kamera detektieren. Der bordeigene Bildprozessor analysiert die Bilder auf eine mögliche Fluoreszenz. Die vielversprechenden Bilder werden für den Downstream zur Erde zur erweiterten Mineralienklassifizierung freigegeben. Die Challenge ist in zwei Phasen aufgeteilt. In Phase 1 konnten wir uns gegen mehr als Hundert anderer Ideen durchsetzen, und bekamen den 2. Platz und 15.000 $, um die Idee weiter auszuarbeiten. Mit Nachdruck haben wir in den letzten Wochen trotz der widrigen Bedingungen durch Covid-19 ambitioniert an unserem Projekt gearbeitet, um uns Anfang Januar mit unserer Ausarbeitung auf Phase 2 zu bewerben. Nun heißt es gespannt abwarten, ob wir mit MICU bald den Mond auf einem Miniatur Mond-Rover erkunden können. Parallel arbeitet das ganze Team an MICU weiter. Aktuell sind das 24 Mitglieder, die sich in vier Teams aufgeteilt haben. Das Team Science beschäftigt sich mit der Fluoreszenz von Mineralien; Electronics und Mechanics entwerfen auf Grundlage der Anforderungen von Science die hardwarespezifischen und strukturellen Komponenten. Software entwickelt das Betriebssystem, sowie eine Mineral-Map; quasi eine Datenbank aus fluoreszierenden Mineralien. Die Datenbank können wir mit Unterstützung des Naturkundemuseums Stuttgart erstellen. So wird es uns möglich sein, die Bilder des Mondes mit denen unserer Datenbank abzugleichen.

Das Experiment

MICU soll mittels UV-LEDs die Mineralien auf dem Mond zur Fluoreszenz anregen und dies mit einer zusätzlichen Kamera detektieren. Dabei reicht unser UV-Spektrum vom höherwelligen UV-C Bereich ab etwa 250 nm über den UV-B Bereich bis hin zur Grenze des für den Menschen sichtbaren Bereichs mit UV-A. Um eine Aussage darüber treffen zu können welche Mineralien auf dem Mond vorliegen, werden die Bilder mit einer Mineral-Map verglichen.

Die Technologie

Die Fluoreszenz ist der unmittelbare Effekt der Photonenemission nach der Beleuchtung im UV-Spektrum. Dabei regt das einfallende UV-Licht Elektronen im Grundzustand zum Sprung in einen höheren Energiezustand an. Nach diesem Vorgang fällt das Elektron wieder in seinen Grundzustand zurück und sendet ein Lichtteilchen (Photon) aus. Die Wellenlänge dieses Photons ist höher und hat somit eine niedrigere Energie als die Wellenlänge des Anregungslichts. Diesen Vorgang nutzen wir, um die Fluoreszenz der Mineralien zu detektieren. Die erste Bildverarbeitung erfolgt dabei in einem FPGA auf unserem Mond-Modul. Falls eine Fluoreszenz zu erkennen ist, gibt der FPGA zur weiteren Verarbeitung auf der Erde zum Downstream bereit. Die empfangenen Daten werden mit den Bildern in einer vorab erstellten Mineral-Map verglichen.

Der Weg

Der Weg zum Mond führt über mehrere Meilensteine. Mit dem 2. Platz in Phase 1 haben wir den ersten Meilenstein erfolgreich gemeistert. Mit der Ausarbeitung von MICU für Phase 2 sind wir nun optimal für den nächsten Meilenstein vorbereitet: den Bau unserer Mond-Payload.

Aktuelle Phase

In der aktuellen Phase warten wir gespannt, ob wir eine Zusage der NASA, und somit die Möglichkeit eine Payload für Mond zu bauen, erhalten. Solange arbeiten wir parallel an unserem Systemdesign weiter. Zusätzliche Mineralien werden auf ihre fluoreszierenden Eigenschaften untersucht und in die Mineral-Map aufgenommen. Sobald wir die Zusage erhalten, können wir loslegen, um den ersten finalen Prototypen zu entwickeln. Insgesamt 3 Payloads sollen dann bis Anfang 2022 zur NASA ausgeliefert werden.