Artemis III: NASA verschiebt Mondlandung auf 2027 – Orion-Hitzeschild bereitet Probleme

Artemis III rutscht auf 2027: Orion-Hitzeschild-Erosion erzwingt grundlegende Neukonstruktion

Am 9. Januar 2025 gab die NASA bekannt, dass die Mission Artemis III – die erste bemannte Mondlandung seit Apollo 17 – frühestens Mitte 2027 starten wird. Die Verzögerung von rund zwei Jahren gegenüber dem bisherigen Ziel Ende 2025 geht auf ungelöste Probleme mit dem Hitzeschild des Orion-Raumschiffs zurück. Beim unbemannten Testflug Artemis I im November 2022 zeigte der Hitzeschild unerwartete Verkohlungen und Materialverlust, was die NASA-Verantwortlichen als „inakzeptables“ Risiko für eine bemannte Rückkehr zur Erde einstufen.

Laut einem Bericht des NASA Office of Inspector General vom Mai 2024 erodierte das ablative Material Avcoat auf Orions Hitzeschild während Artemis I ungleichmäßig – der Massenverlust lag etwa 30 Prozent über den Prognosen der Computermodelle. Nach der Landung ergab die Inspektion, dass sich mehrere Bereiche des Schildes von der darunterliegenden Struktur gelöst hatten, was bei Bodentests nie beobachtet worden war. Lockheed Martin, der Hauptauftragnehmer für Orion, arbeitet seitdem mit der Abteilung für Explorationssystementwicklung der NASA zusammen, um die Erosionsmuster nachzustellen und die Ursachen zu identifizieren.

Ursachen: Wiedereintrittsbahn und Materialverhalten

Die unabhängige Prüfungskommission der NASA unter Vorsitz des ehemaligen Astronauten und pensionierten Navy-Kapitäns Chris Ferguson identifizierte zwei Hauptfaktoren. Erstens brachte der während Artemis I verwendete Algorithmus zur Steuerung der „Skip-Entry“-Flugbahn – ein Manöver, das die Energie über eine längere Strecke abbaut – den Hitzeschild in ein Plasma, das den zulässigen thermischen Fluss um fast 15 Prozent überstieg. Zweitens führte der Aufbau von Gasdruck im Avcoat-Material zu Spallation, bei der Brocken der ablationsfähigen Schicht abplatzten, anstatt gleichmäßig zu verkohlen.

Ingenieure von Lockheed Martin haben seitdem über 200 Lichtbogentests im NASA Ames Research Center durchgeführt, um das Materialverhalten bei höheren als erwarteten Heizraten zu charakterisieren. Erste Ergebnisse, die auf einer Pressekonferenz im Dezember 2024 vorgestellt wurden, deuten darauf hin, dass Fertigungsunterschiede in der Verteilung des Phenolharzes im Avcoat zur ungleichmäßigen Erosion beigetragen haben könnten. Das Unternehmen führt nun strengere Qualitätskontrollen für den Hitzeschild von Artemis III ein, darunter Röntgen-Computertomographie-Scans jeder einzelnen Wabe in der 5 Meter (16,5 Fuß) durchmessenden Struktur.

Überarbeiteter Zeitplan und Auswirkungen auf Artemis II

Die Mission Artemis II – ein bemannter Vorbeiflug am Mond, ursprünglich für November 2024 geplant – wurde ebenfalls verschoben. Die NASA peilt nun den September 2025 für Artemis II an, vorausgesetzt die Hitzeschild-Modifikationen sind abgeschlossen. Dieser Flug wird denselben Hitzeschild wie Artemis I verwenden, jedoch mit einer geänderten Wiedereintrittsbahn, die die maximale Erhitzung um rund 10 Prozent reduziert. Sollten bei Artemis II weitere Erosionsanomalien auftreten, könnte der Hitzeschild für Artemis III einen kompletten Neuaufbau des Avcoat-Lagenaufbaus erfordern, was den Zeitplan für die Landung weiter nach hinten verschieben würde.

Artemis III selbst wird ein 30-tägiges Missionsprofil umfassen, bei dem die vierköpfige Orion-Besatzung in der Mondumlaufbahn auf das Starship Human Landing System (HLS) von SpaceX umsteigt. Das Starship HLS, das sich derzeit in einer Testkampagne mit statischen Zündungen in SpaceX‘ Einrichtung in Boca Chica befindet, hat eigene Entwicklungsmeilensteine verpasst; SpaceX hat noch keine erfolgreiche unbemannte Betankungsdemonstration im Orbit absolviert, die für die Mission entscheidend ist. Der Haushaltsantrag der NASA für das Haushaltsjahr 2025 enthält 1,3 Milliarden US-Dollar speziell für die HLS-Entwicklung, doch interne Schätzungen gehen davon aus, dass weitere 600 Millionen US-Dollar nötig sein könnten, falls der erste Betankungstest über das Frühjahr 2026 hinaus verzögert wird.

Ingenieurstechnische Abwägungen: Neukonstruktion vs. Risikoakzeptanz

Die Entscheidung, die Landung zu verschieben, anstatt die bestehende Hitzeschild-Leistung zu akzeptieren, spiegelt einen grundlegenden Wandel in der Risikohaltung der NASA nach den Unglücken von Columbia und Challenger wider. Der NASA-Administrator Bill Nelson erklärte, dass „keine Besatzung fliegen wird, solange das Hitzeschutzsystem nicht vollständig charakterisiert ist“. Das bedeutet, dass selbst bei einwandfreiem Verlauf von Artemis II der Hitzeschild für Artemis III wahrscheinlich eine überarbeitete Avcoat-Formulierung mit geringeren Gasdurchlässigkeitsraten und verbesserter Verbundfestigkeit der Schichten erhalten wird – eine Änderung, die sechs bis neun Monate zusätzliche Fertigungszeit kostet.

Lockheed Martin produziert den Hitzeschild von Orion in der Michoud Assembly Facility in New Orleans. Die Anlage stellt derzeit alle 18 Monate einen Hitzeschild her; um den Zeitplan für 2027 einzuhalten, plant das Unternehmen, die Produktion durch Parallelisierung des Avcoat-Gießprozesses zu beschleunigen und die Aushärtezeiten von 60 auf 45 Tage zu verkürzen – mittels Ofenmodernisierungen im Wert von 87 Millionen US-Dollar. Auch die Exploration Ground Systems der NASA am Kennedy Space Center müssen das Versorgungssystem der Startrampe 39B umrüsten, um mögliche Änderungen im Kommunikationsaussetzprofil von Orion während des Wiedereintritts zu berücksichtigen.

Breitere Auswirkungen auf die Artemis-Architektur

Der Termin für Artemis III 2027 verschiebt auch den geplanten Aufbau der Gateway-Station im nahezu rechtlinienförmigen Halo-Orbit. Die ersten beiden Gateway-Module – das Power and Propulsion Element (Maxar) und das Habitation and Logistics Outpost (Northrop Grumman) – sollten 2025 mit einer Falcon Heavy starten. Dieser Start ist nun für frühestens Ende 2026 neu terminiert, da die Module die Daten zur Crew-Schnittstelle und zum thermischen Verhalten von Orion aus Artemis II benötigen, um die Andockverfahren abzuschließen.

Auch die internationalen Partner sind betroffen. Das ESPRIT-Kommunikationsmodul der Europäischen Weltraumorganisation, das für 2024 ausgeliefert werden sollte, wird nun weitere 18 Monate im Reinraum von Airbus in Friedrichshafen eingelagert, was Erhaltungs- und Rezertifizierungskosten von 240 Millionen US-Dollar verursacht. Der kanadische Roboterarm, der bereits in Gateway integriert ist, wird Vakuumkammer-Zyklen durchlaufen, um die Schmierfähigkeit während der verlängerten Wartezeit zu erhalten.

Was auf Kurs bleibt

Trotz der Rückschläge liegen mehrere Elemente des Artemis-Programms im Zeitplan. Die SLS-Block-1-Rakete der NASA, die während Artemis I nur geringfügige Probleme aufwies, bleibt für bemannte Flüge zertifiziert. Die ersten beiden Kernstufen für Artemis III und IV sind in Michoud vollständig montiert, mit installierten RS-25-Triebwerken von Aerojet Rocketdyne (Seriennummern 2056–2059). Boeing, der Hauptauftragnehmer für SLS, meldet, dass die Exploration Upper Stage (EUS) für Artemis IV – entscheidend für den Transport von mitfliegenden Nutzlasten – planmäßig bis Ende 2026 ausgeliefert wird.

Auch SpaceX‘ Starship HLS macht sichtbare Fortschritte. Das Unternehmen führte im Dezember 2024 eine 15-sekündige statische Zündung aller sechs Raptor-2-Triebwerke an Ship 25 durch, und der Testflugkörper für die orbitale Betankung (ein modifizierter Starship-Tanker) ist in Boca Chica gestapelt. Allerdings steht die Umweltprüfung der FAA für weitere Starts von der texanischen Einrichtung noch aus; eine Entscheidung wird frühestens im März 2025 erwartet.

Langfristige Perspektive

Das Ziel Artemis III im Jahr 2027 ist die realistischste Prognose der NASA angesichts der technischen Herausforderungen, doch weitere Verzögerungen sind möglich. Das Hitzeschild-Problem erinnert daran, dass die USA seit 1972 keine bemannte Mond-Rückkehr mit Fluchtgeschwindigkeit mehr durchgeführt haben. Jeder Aspekt des thermischen Schutzsystems von Orion – von der chemischen Formulierung des Avcoat bis zur Steuerungssoftware, die die Kapsel lenkt – muss durch den Flug von Artemis II validiert werden.

Sollte Artemis II weitere Anomalien aufdecken, wird das Jahr 2027 wahrscheinlich auf 2028 oder später rutschen. Vorerst setzen die NASA und Lockheed Martin darauf, dass eine Kombination aus Flugbahnanpassungen, verbesserter Fertigungsinspektion und geringfügigen Materialänderungen ausreicht. Die Raumfahrtgemeinschaft wird den Start von Artemis II im September 2025 genau verfolgen; der Ausgang wird darüber entscheiden, ob die nächsten menschlichen Fußspuren auf dem Mond noch in diesem oder erst im nächsten Jahrzehnt hinterlassen werden.