Human Landing System
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Das Human Landing System (HLS, deutsch: Landesystem für Menschen) bezeichnet Raumfahrzeuge, die für das von der NASA geleitete Artemis-Programm entwickelt werden, um Astronauten auf dem Mond zu landen. HLS-Fahrzeuge sind dafür ausgelegt, Besatzungen vom Mondorbit zur Mondoberfläche zu transportieren, sie während der Oberflächenoperationen zu unterstützen und anschließend zurück in den Mondorbit zu bringen. Derzeit befinden sich zwei HLS-Entwürfe in der Entwicklung: Starship HLS von SpaceX und Blue Moon Mark 2 von Blue Origin.
Geschichte
Anstatt die Entwicklung der HLS intern zu leiten, stellte die NASA einen Referenzentwurf bereit und forderte kommerzielle Anbietern auf, Systeme zu entwerfen, zu entwickeln und bereitzustellen, die den Anforderungen der Behörde entsprechen. Der Wettbewerb begann 2019. 2021 wurde Starship von Spacex als HLS ausgewählt. Nach der Auftragsvergabe wurde die Beschaffung von Blue Origin Federation vor Gericht mit dem Vorwurf einer unzulässigen Angebotsbewertung angefochten. Deshalb erweiterte die NASA im Jahr 2023 das Programm durch die Auswahl eines zweiten konkurrierenden Landers, Blue Moon Mark 2, mit der Begründung, dies würde den Wettbewerb fördern und zusätzliche Mondlandemöglichkeiten unterstützen.
Aktuelle Projektphasen
Zum Zeitpunkt März 2026 beabsichtigt die NASA, einen oder beide Lander Mitte 2027 in den niedrigen Erdorbit zu starten, um im Rahmen der Artemis-III-Mission Rendezvous- und Andocktests durchzuführen. Die Auswahl des Landers für die erste bemannte Mondlandung während der geplanten Artemis-IV-Mission für Anfang 2028 hängt von den Ergebnissen dieser Tests und der Ausrüstungsbereitschaft ab.[1]
Referenzentwurf
Der Advanced Exploration Lander war ein NASA-Konzept aus dem Jahr 2018 für einen dreistufigen Lander, der als Entwurfsreferenz für die kommerziellen HLS-Entwurfsvorschläge dienen sollte. Nach dem Abflug vom Lunar Gateway im erdnahen Orbit sollte ein Artemis-Transfermodul den Lander und die eingeschiffte Besatzung in einen niedrigen Mondorbit bringen und sich dann trennen. Das Abstiegsmodul sollte dann sich selbst und das Aufstiegsmodul mit der Besatzung auf der Mondoberfläche landen. Eine Besatzung von bis zu vier Personen könnte bis zu zwei Wochen auf der Oberfläche verbringen, bevor sie das Aufstiegsmodul nutzte, um zum Gateway zurückzukehren. Jedes der drei Module sollte eine Masse von etwa 12 bis 15 Tonnen haben und separat von kommerziellen Trägerraketen zur Integration am Gateway geliefert werden.[2] Sowohl das Aufstiegs- als auch das Transfermodul könnten für eine Wiederverwendung ausgelegt werden, während das Abstiegsmodul auf der Mondoberfläche verbleiben sollte.[3] Das Lunar Gateway Projekt wurde 2026 abgesagt.
Vorbereitende HLS-Studien
Im Dezember 2018 gab die NASA bekannt, dass sie amerikanische Unternehmen einlud, Angebote für die Entwicklung neuer wiederverwendbarer Systeme einzureichen, die Astronauten auf der Mondoberfläche landen lassen können.[4] Am 14. Februar 2019 veranstaltete die NASA ein Industrieforum im NASA-Hauptquartier, um einen Überblick über die Broad Agency Announcement des Human Landing System (HLS) zu geben.[5]
Im April 2019 gab die NASA eine formelle Angebotsanfrage mit einer Frist bis zum 15. November 2019 heraus, in der amerikanische Unternehmen eingeladen wurden, Angebote für die Entwicklung des Aufstiegselements des Human Landing System (HLS) einzureichen, einschließlich der bei Landungen verwendeten Kabine.[6] Diese Anfrage wurde erweitert, um eine Option für einen integrierten Lander abzudecken – ein einzelnes Fahrzeug, das Transfer, Abstieg und Aufstieg durchführen kann.[7]
Designwettbewerb
Fünf Unternehmen antworteten auf die Angebotsanfrage der NASA bis zur Frist im November 2019, und nach der Auswertung der Angebote wählte die NASA drei für weitere Designarbeiten aus.[8] Im April 2020 vergab die NASA separate Verträge mit einem Gesamtvolumen von 967 Millionen US-Dollar für die Entwicklungsfinanzierung an Blue Origin, Dynetics und SpaceX für einen zehnmonatigen Designprozess.[9][10] Die im Rahmen der Designpreise 2020 ausgewählten Unternehmen/Teams waren das „National Team" unter der Führung von Blue Origin mit den Partnern Lockheed Martin, Northrop Grumman und Draper, mit 579 Millionen US-Dollar NASA-Designfinanzierung; weiters Dynetics, einschließlich SNC und weitere nicht genannter Unternehmen, mit 253 Millionen US-Dollar NASA-Finanzierung; sowie SpaceX mit einer modifizierten Starship-Raumfahrzeugkonstruktion namens Starship HLS, mit 135 Millionen US-Dollar NASA-Designfinanzierung.[11]
Obwohl die anfängliche HLS-Designphase als ein zehnmonatiges Programm geplant war, das im Februar 2021 mit der Auswahl von bis zu zwei Auftragnehmern enden sollte, verzögerte die NASA den Auswahlprozess und die Bekanntmachung um zwei Monate.[12]
Die Unternehmen boten auf einen Vertrag zur Bereitstellung von Design, Entwicklung, Bau, Test und Evaluierung eines HLS sowie zwei Mondlandungen – eine unbemannte und eine bemannte – zu einem Festpreis.[13] Die NASA bewertete die Angebote auf der Grundlage von drei Bewertungsfaktoren: technisches Verdienst, Managementfähigkeit und Preis, in dieser Reihenfolge, und befand SpaceX als besser.[13]
| SpaceX | Blue Origin | Dynetics | |
|---|---|---|---|
| Technisch | Akzeptabel | Akzeptabel | Grenzwertig |
| Management | Hervorragend | Sehr gut | Sehr gut |
| Angebotspreis US-Milliarden Dollar |
2,94 | 5,99 | 9,08 |
Am 16. April 2021 wählte die NASA einen einzigen Lander – Starship HLS – für einen vollständigen Entwicklungsvertrag aus.[14] Die NASA vergab einen Vertrag im Wert von 2,89 Milliarden US-Dollar an SpaceX, um den Starship-HLS-Lander zu entwickeln und zwei operationelle Mondmissionen durchzuführen – eine unbemannte Demonstrationsmission und eine bemannte Mondlandung – frühestens im Jahr 2025.[15][16] Die NASA hatte erklärt, dass sie es vorgezogen hätte, zwei Verträge zu vergeben, dass der Kongress jedoch nicht ausreichend Mittel bewilligt hatte, um einen zweiten Vertrags zu vergeben.[17]
| Unternehmen | Fahrzeuge | Vertragsvergabe Mio. US-Dollar | |
|---|---|---|---|
| Design | Entwicklung | ||
| Boeing | Das Boeing Mondlander-Konzept bestand aus einer Abstiegs- und Aufstiegsstufe, die mit einer Space-Launch-System-Rakete statt in mehreren Starts gestartet werden sollte. | Nein | Nein |
| Vivace | Ein zweistufiges HLS-Konzept.[8] | Nein | Nein |
| NationalTeam | Das Integrated Lander Vehicle (ILV), ein dreielementiges Mondlanderkonzept (Transfer-, Abstiegs- und Aufstiegselemente), wobei jedes Element per New Glenn von Blue Origin oder Vulcan Centaur der ULA gestartet und im Mondorbit zusammengesetzt werden sollte. | Ja | Nein |
| Dynetics | Dynetics HLS, ein integriertes einstufiges Systemkonzept, das auf Vulcan Centaur der ULA oder einer Space-Launch-System-Rakete gestartet werden sollte.[18] | Ja | Nein |
| SpaceX | Starship HLS, einstufige Mondlandervariante des SpaceX Starship-Raumfahrzeugs, gestartet durch den SpaceX Super Heavy-Booster und als eigene zweite Stufe zur Erreichung des niedrigen Erdorbits (LEO) dienend. Wird von mehreren Starship-Tankerraumfahrzeugen im LEO betankt, bevor es sich in den Mondorbit begibt, um die Orion-Besatzungskapsel zu treffen. Bewegt sich zwischen der Mondoberfläche und dem Mondorbit als einstufige Umlaufbahn. | Ja | Ja |
Einsprüche und Rechtsstreitigkeiten nach dem Wettbewerb
Am 30. April 2021 reichten sowohl Blue Origin als auch Dynetics formelle Einsprüche beim Rechnungshof (GAO) der US-Bundesregierung ein und behaupteten, dass die NASA Aspekte der Angebote unzulässig bewertet habe.[19][20] Am 30. April 2021 suspendierte die NASA den Starship-HLS-Vertrag und die Finanzierung, bis der GAO eine Entscheidung über die Einsprüche treffen konnte.[21]
Im Mai 2021 brachte Senatorin Cantwell aus Washingtons Bundesstaat, wo Blue Origin ansässig ist, einen Änderungsantrag zum „Endless Frontier Act" ein, der die NASA anwies, den HLS-Wettbewerb neu zu eröffnen und einen zweiten Landervorschlag auszuwählen, und Ausgaben von zusätzlichen 10 Milliarden US-Dollar zu genehmigen. Diese Finanzierung hätte eines separaten Bewilligungsgesetzes bedurft. Senator Sanders kritisierte den Änderungsantrag als ein „milliardenschweres Bezos-Rettungspaket", da das Geld wahrscheinlich an Blue Origin gehen würde, das von Jeff Bezos gegründet wurde.[22] Das Gesetz, einschließlich dieses Änderungsantrags, wurde am 8. Juni 2021 vom US-Senat verabschiedet.[23]
Am 30. Juli 2021 wies der GAO die Einsprüche zurück und stellte fest, dass „die NASA kein Beschaffungsrecht verletzt" habe, als sie den Vertrag an SpaceX vergab, das ein deutlich günstigeres und leistungsfähigeres System angeboten hatte.[13][24] Kurz nach der Ablehnung des Einspruchs leistete die NASA die vertraglich vereinbarte Anfangszahlung von 300 Millionen US-Dollar an SpaceX.
Am 13. August 2021 reichte Blue Origin beim United States Court of Federal Claims eine Klage ein, in der es „NASAs rechtswidrige und unzulässige Bewertung von Angeboten" anfocht.[25] Blue Origin beantragte beim Gericht eine einstweilige Verfügung, um weitere Ausgaben der NASA im Rahmen des bestehenden Vertrags mit SpaceX zu stoppen.[26] Die Reaktion auf die Klage war laut dem Raumfahrtjournalisten Eric Berger in der Raumfahrtgemeinschaft, bei der NASA und unter Blue-Origin-Mitarbeitern überwiegend negativ.[27] Der Richter wies die Klage am 4. November 2021 ab, und die NASA durfte die Zusammenarbeit mit SpaceX wieder aufnehmen.[28]
Starship HLS
Das Starship Human Landing System (Starship HLS) wurde von der NASA für langdauernde bemannte Mondlandungen als Teil des Artemis-Programms ausgewählt.[29]
Das Starship HLS ist eine modifizierte Konfiguration von SpaceXs Starship, die für den Betrieb auf und um den Mond optimiert ist. Als Ergebnis sind der Hitzeschild und die Steuerflächen als Teile des Hauptstarship-Designs für den atmosphärischen Wiedereintritt im Starship HLS nicht vorhanden. Das gesamte Raumfahrzeug wird auf dem Mond landen und anschließend vom Mond starten. Bei Bedarf wird die Variante hochschubfähige CH₄/O₂ Reaction-Control-System Triebwerke verwenden, die sich mittig am Rumpf des Starship HLS befinden, während der letzten „zehn Meter" des terminalen Mondabstiegs und der Landung. Energie wird auch über ein Solarfeld betrieben, dass sich an seiner Nase unterhalb des Andockports befindet. Elon Musk erklärte, Starship HLS könnte „potenziell bis zu 200 Tonnen" auf die Mondoberfläche liefern.
Das Starship HLS würde mit dem SpaceX Super-Heavy-Booster in den Erdorbit gestartet und eine Reihe von Tankerraumfahrzeugen verwenden, um es im Erdorbit für den Mondtransit und die Mondlandeoperationen zu betanken. Das Starship HLS würde dann als eigenes Transitfahrzeug den Mondorbit erreichen, sich mit dem NASA-Orion-Raumschiff treffen, um eine NASA-Besatzung zum Lander zu bringen, von wo aus sie zur Mondoberfläche absteigen. Nach den Oberflächenoperationen auf dem Mond würde das Starship HLS von der Mondoberfläche abheben und die Besatzung zu Orion zurückbringen.
Die NASA hob zwei Schwächen im SpaceX-Vorschlag hervor. Die Antriebssysteme des Starship wurden als „besonders komplex" beschrieben, und der Bericht verwies auf frühere Verzögerungen beim Commercial Crew Program und der Entwicklung der Falcon-Heavy-Trägerrakete als Belege für potenzielle Bedrohungen des Entwicklungszeitplans.[30]
Blue Origin als zweiter Anbieter ausgewählt
Im Mai 2023 wurde Blue Origin als zweiter Anbieter für Mondlandedienste mit einem Vertrag über 3,4 Milliarden US-Dollar ausgewählt.[31][32] Die NASA erklärte, dass sie sich entschieden habe, einen weiteren Partner für das menschliche Landesystem hinzuzufügen, um „den Wettbewerb zu verstärken, die Kosten für die Steuerzahler zu senken und eine regelmäßige Abfolge von Mondlandungen zu unterstützen."[33]
Nicht ausgewählte Vorschläge
Integrated Lander Vehicle
Das Integrated Lander Vehicle (ILV) oder National Human Landing System (NHLS) war ein Mondlanderkonzept, das vom „National Team" unter der Führung von Blue Origin zusammen mit Lockheed Martin, Northrop Grumman und Draper Laboratory als Hauptpartnern vorgeschlagen wurde. Das Hauptverkaufsargument des Landers war, dass alle Komponenten seit einiger Zeit in der einen oder anderen Form in der Entwicklung waren. Die Transferstufe basierte auf dem Cygnus-Raumschiff, Blue Moon sollte als Abstiegsstufe verwendet werden, und die Aufstiegsstufe basierte auf dem Orion-Raumschiff. Es sollte in drei Teilen entweder auf New Glenn und Vulcan Centaur gestartet werden, konnte aber auch auf einem einzelnen SLS Block 1B gestartet werden. In der HLS-Auswahlaussage vom April 2020 erklärte die NASA, dass das Fahrzeug alle Anforderungen erfüllte, aber Risiken in seinen Strom-, Antriebs- und Kommunikationssystemen aufwies, die ein erhebliches Risiko für den Entwicklungszeitplan darstellten.[34]
Dynetics ALPACA HLS
Das Dynetics ALPACA (Autonomous Logistics Platform for All-Moon Cargo Access) Human Landing System-Konzept wurde von Dynetics und der Sierra Nevada Corporation mit Unterstützung einer Reihe von Unterauftragnehmern vorgeschlagen. Das Fahrzeugdesign bestand aus einem einstufigen Lander mit Methalox-Triebwerken, obwohl ein früheres Design Abwurftanks verwendete. ALPACA sollte auf einer Vulcan Centaur oder einer SLS Block 1B-Rakete gestartet und durch bis zu drei Vulcan-Centaur-Tankflüge betankt werden. Letztlich wählte die NASA den Vorschlag nicht aus und verwies auf negative Massenmargen und eine experimentelle Schubstruktur, die eine Gefahr für den Entwicklungszeitplan darstellen könnten.[35]
Boeing HLS
Der Boeing-Human-Landing-System-Vorschlag wurde der NASA Anfang November 2019 eingereicht. Die Hauptlösung war ein zweistufiger Lander, der auf einem einzigen SLS Block 1B gestartet werden sollte, wobei Intuitive Machines mit Boeing zusammenarbeitete, um Triebwerke bereitzustellen,[36] und Technologien aus dem Boeing Starliner-Raumfahrzeug wiederverwendet wurden.[37] Um die Möglichkeit abzudecken, dass der SLS Block 1B bis 2024 nicht einsatzbereit sein würde, schlug Boeing eine Lösung vor, bei der die Abstiegsstufe auf einem SLS Block 1 gestartet würde, während die Aufstiegsstufe von einem kommerziellen Träger gestartet und im Mondorbit zusammengesetzt würde.[38] Der Boeing-Vorschlag wurde bei den Designfinanzierungsbekanntmachungen der NASA im April 2020 nicht für eine Designfinanzierung ausgewählt.[39]
Vivace HLS
Das Vivace Human Landing System war ein Mondlandekonzept des Luft- und Raumfahrtunternehmens Vivace. Über das Fahrzeug ist wenig bekannt, außer seiner Ähnlichkeit mit dem NASA-Altair-Mondlander aus dem Constellation-Programm. Vivaces Konzept wurde nicht für eine vollständige Designfinanzierung ausgewählt.[8]
Alternative Designstudien
Zusätzlich zur Design- und Entwicklungsangebotsanfrage für Anhang H von NextSTEP-2 gab die NASA im Mai 2019 11 Verträge im Gesamtwert von 45,5 Millionen US-Dollar für Anhang E von NextSTEP-2 bekannt. Dies waren Kurzzeitstudien zu Transferfahrzeugen, Abstiegselementen, Abstiegselement-Prototypen, Betankungselement-Studien und -Prototypen. Eine der Anforderungen war, dass ausgewählte Unternehmen mindestens 20 % der Gesamtkosten des Projekts beisteuern würden, „um die Kosten für die Steuerzahler zu senken und frühe private Investitionen in die Mondwirtschaft zu fördern".[40]
Ein zweites Set von Verträgen mit einem Gesamtvolumen von 146 Millionen US-Dollar wurde am 14. September 2021 vergeben.[41] Diese Verträge galten für Studien eines HLS der zweiten Generation, das für Missionen nach der ersten bemannten Landung verwendet werden soll. Wie bei den ersten Verträgen beabsichtigt die NASA, mehr als ein HLS zu vergeben, wenn ausreichend Finanzierung vorhanden ist.
Am 23. März 2022 gab die NASA bekannt, dass sie eine formelle Angebotsanfrage für HLS-Designs der zweiten Generation einleiten wolle, neue Nachhaltigkeitsregeln erarbeite und einen Liefertermin von 2026–2027 für das Design anstrebe. Die NASA erklärte, sie werde Designs aus der gesamten Luft- und Raumfahrtindustrie aus einem Bedarf an Redundanz und Wettbewerb heraus anfordern. Im Rahmen des aktuellen HLS-Vertrags übte die NASA auch eine Option aus, die eine zweite Starship-HLS-Demonstrationsmission zum Mond vorsieht, wobei das Starship-Design aktualisiert werden soll, um die neuen Nachhaltigkeitsregeln zu erfüllen. Darüber hinaus gab die NASA ein Zieldatum von April 2025 für Artemis III bekannt, voraussichtlich mit dem Starship-HLS-Design der ersten Generation.[42]
| Datum | Unternehmen | Betrag Mio. US-Dollar | Vertrag |
|---|---|---|---|
| Mai 2019 | Aerojet Rocketdyne | Eine Transferfahrzeugstudie | |
| Blue Origin | Eine Abstiegselementstudie, eine Transferfahrzeugstudie und ein Transferfahrzeug-Prototyp | ||
| Boeing | Eine Abstiegselementstudie, zwei Abstiegselement-Prototypen, eine Transferfahrzeugstudie, ein Transferfahrzeug-Prototyp, eine Betankungselementstudie und ein Betankungselement-Prototyp | ||
| Dynetics | Eine Abstiegselementstudie und fünf Abstiegselement-Prototypen | ||
| Lockheed Martin Space Systems | Eine Abstiegselementstudie, vier Abstiegselement-Prototypen, eine Transferfahrzeugstudie und eine Betankungselementstudie | ||
| Masten Space Systems | Ein Abstiegselement-Prototyp | ||
| Maxar (ehemals SSL) | Eine Betankungselementstudie und ein Betankungselement-Prototyp | ||
| Northrop Grumman Innovation Systems | Eine Abstiegselementstudie, vier Abstiegselement-Prototypen, eine Betankungselementstudie und ein Betankungselement-Prototyp | ||
| OrbitBeyond | Zwei Betankungselement-Prototypen | ||
| Sierra Nevada Corporation | Eine Abstiegselementstudie, ein Abstiegselement-Prototyp, eine Transferfahrzeugstudie, ein Transferfahrzeug-Prototyp und eine Betankungselementstudie | ||
| SpaceX | Eine Abstiegselementstudie, ein Abstiegselement-Prototyp | ||
| September 2021 | Blue Origin | 25,6 | |
| Dynetics | 40,8 | ||
| Lockheed Martin | 35,2 | ||
| Northrop Grumman | 34,8 | ||
| SpaceX | 9,4 |
Folgeprogramme
Im Jahr 2021 begann die NASA mit Studien für die künftigen Lunar Exploration Transportation Services (LETS) für regelmäßige Fahrten zwischen der Gateway-Station, den Mondorbits und der Mondoberfläche; für einen nachhaltigen HLS-Betrieb.[43]