Die ersten Aufnahmen der erdabgewandten Seite des Mondes

eine der Aufnahmen der Luna 3 SondeAm Freitag dem 02.10.1959 trafen sich Teams von Wissenschaftlern und Ingenieuren am Jet Propulsion Laboratory, um über die Zukunft der unbemannten Erkundung des Mondes und der Nachbarplaneten der Erde zu diskutieren. Auf der Tagesordnung stand u.a. die Frage, welche spektakuläre Mission die USA den jüngsten Erfolgen der Sowjetunion in der Raumfahrt entgegen setzen konnten. Zwar hatte die NASA gerade erst unter dem Titel „Exploration of the Moon, Planets, and Interplanetary Space“ ein langfristiges Programms zur Erkundung des interplanetaren Raumes erarbeitet. Doch insbesondere die beiden ersten sowjetischen Lunik Sonden zum Mond setzten die junge Raumfahrtorganisation unter Druck. Wie schon beim Start des Sputnik mußte man fürchten, ein wissenschaftlich solide ausgearbeitetes Programm in den Händen zu halten, vor der Öffentlichkeit aber massiv an Ansehen zu verlieren, weil die Sowjetunion mit auf kurzfristige Erfolge angelegten Missionen die prestigeträchtigen Erstleistungen für sich reklamieren konnte. Dazu kamen die anhaltenden Rückschläge durch die unzuverlässigen und zu leistungsschwachen Trägerraketen. Die ersten drei Startversuche eines USAF Mondsatelliten waren 1958 sämtlich gescheitert. Etwas mehr Glück hatte die US Army, der mit Pioneer IV im zweiten Anlauf immerhin ein Vorbeiflug (in zu großem Abstand) am Mond gelang. Doch da hatte die Sowjetunion ebenfalls bereits Wochen zuvor vorgelegt. Zwar waren Militärs und Geheimdiensten die ebenso zahlreichen Fehlschläge des sowjetischen Raumfahrtprogramms überwiegend nicht verborgen geblieben. Doch in der Öffentlichkeit verfestigte sich der Eindruck, daß die USA in diesem Wettlauf ewiger Zweiter blieben. Also diskutierten die Experten nun bevorzugt Ideen, von denen man annahm, daß sie jenseits der technologischen Möglichkeiten der Sowjetunion lagen. Einer der favorisierten Vorschläge war eine fotografische Mission zur Erkundung der erdabgewandten Seite des Erdmondes…
luna-3 modelAm 04.10.1959 um 00:44 UTC startete in Baikonur eine Wostok 8K72 Rakete. Unter ihrer Nutzlastverkleidung transportierte sie eine Mondsonde des Typs E-​2A. Zwei Tage später schwenkte diese auf ihrer extrem langgestreckten Bahn um den Mond herum und nahm eine Serie von Aufnahmen der Mondoberfläche auf, wie sie noch nie ein Mensch zuvor gesehen hatte. Die Qualität der Bilder war selbst für sowjetische Verhältnisse enttäuschend. Doch das war zunächst nebensächlich. Was zählte, war die gelungene Erstleistung.
Der Erfolg mit Luna 3 kam auch für die Schöpfer der Sonde fast unerwartet. Denn dem ersten Teilerfolg mit Luna 1 waren drei Fehlstarts vorangegangen. Und auch Luna 2 erreichte den Mond erst im zweiten Versuch. Der Start der deutlich komplexeren Luna 3 Sonde war nun im ersten Anlauf gelungen. Und nicht nur das. Die Mission, die einige komplexe Manöver erforderte, verlief aus Sicht der Ingenieure nahezu perfekt. Das begann zunächst mit dem Start der Rakete, der mit einer Präzision gelungen war die ausreichte, das angestrebte Missionsziel über zu erreichen. Dazu mußte Luna 3 auf eine extrem langgestreckte Erdumlaufbahn gebracht werden, die bis hinter den Mond führte, die Sonde anschließend aber wieder nahe genug an die Erde heran führte, um die Bilder zu übertragen. Im Vergleich zu den einfachen kugelförmigen E-​1 und E-​1A Sonden war das E-​2A Design deutlich komlpexer. Die halbkugelförmigen Endkappen der Zelle wurden um ein zylindrisches Mittelstück gestreckt. Statt ausschließlich Batterien kamen diesmal auch Solarzellen zur Energieversorgung zum Einsatz. Und ein System aus steuerbaren Jalousien erlaubte eine bessere Temperaturregelung. Jedenfalls in der Theorie sollte die Temperatur im Inneren der hermetischen Zelle 25° C nicht überschreiten. Doch schon kurz nach dem geglückten Start stieg die Temperatur auf etwa 40° C. Als Notmaßnahme wurden Teile der Ausrüstung wurden vorübergehend deaktiviert und die Rotationsachse der Sonde relativ zur Sonne neu orientiert. Damit ließ sich die Temperatur auf etwa 30° C drücken. Weiterhin problematisch blieb aber die Stärke der Funksignale, die nur etwa 50% des vorausberechneten Wertes erreichte. Nur mit Mühe konnte die Verbindung aufrecht erhalten werden. In etwa 60.000 bis 70.000 km Entfernung zum Mond trat das Unternehmen am 06.10.1959 in die entscheidende Phase ein. Ein unter Leitung von Boris V. Rauschenbach entwickeltes 3-​Achsen-​Stabilisierungssystem mußte die langsame Eigenrotation der Sonde stoppen und die Kamera zum luna-3 stampMond hin orientieren. Die Referenzdaten für das „Tschaika“ System lieferten Fotozellen und Gyroskope. Während Fotozellen mit großem Blickwinkel die Sonne bzw. den Mond als Referenz auffaßten, lieferten die Kreisel Informationen zur Winkelgeschwindigkeit. Und schließlich übernahmen weitere Fotozellen mit einem kleineren Blickwinkel die Feinausrichtung der starr montierten Kamera zum Mond. Sie steuerten über ein Relaissystem ein System von Stickstoff-​Druckgasdüsen an, das die notwendigen Impulse für die Reorientierung der Sonde gab. Für eine begrenzte Zeit konnte somit die Kamera auf den Mond ausgerichtet werden, während die Sonde den Mond über den Südpol hinweg hinterflog. Das AFA-​E1 Kamerasystem basierte auf einer zweilinsigen Kamera (200 mm — f/5.6 Apertur bzw. 500 mm — f/9.5 Apertur Objektiv), die mit hochwertigem Luftbildfilm arbeitete (nach manchen Aussagen aus Beständen von abgestürzten US Spionageballons). Die Verschlußzeiten variierten zwischen 1200, 1400, 1600 und 1800 Sekunde. Das Filmmaterial wurde an Bord automatisch entwickelt, fixiert und getrocknet. Dann wurden die Aufnahmen mit einem Fernsehkamerasystem abgetastet und als analoges Signal zur Erde übertragen. Der Filmvorrat der Kamera reichte für maximal 40 Aufnahmen. Leider blockierte der Verschluß des Teleobjektivs während der Fotosession. So konnten, ausgelöst von einem Zeitschaltwerk, am 07.10.1959 über einen Zeitraum von 40 Minuten zwischen 17 und 29 Aufnahmen[1] gewonnen werden. Luna 3 befand sich dabei zwischen 65.200 und 68.400 km über der Mondoberfläche, mit der Sonne im Rücken. Nach der Fotokampagne wurde die Sonde wieder in den spinstabilisierten Modus zurückversetzt. Luna 3 folgte weiterhin einer für damalige Verhältnisse enorm komplexen Bahn, die unter Berücksichtigung vielfältiger Erfordernisse von führenden sowjetischen Mathematikern mit Computerunterstützung berechnet worden war. Denn entscheidend für den Erfolg des Unternehmens war schließlich die Übertragung der Bildinformationen. Die damaligen Bahnverfolgungsstationen der Sowjetunion und politische Erwägungen ließen ausschließlich Starts über die Nordhalbkugel der Erde zu. Die einfachste Variante für die Luna Fotomission hätte auf dem Rückweg zu einem Anflug über die Südhalbkugel geführt. Hier hatte die Sowjetunion aber keine Möglichkeit, mit eigenen Stationen die Signale der Sonde zu empfangen. Als Ausweg blieb ein nie zuvor unternommenes swing-​by Manöver, bei dem unter dem Einfluß der Schwerkraft von Sonne, Mond und Erde die Sonde auf eine Bahn zurück über die Nordhalbkugel der Erde gelenkt werden konnte. Zwei Bahnverfolgungsstationen auf der Krim und auf Kamtschatka wären damit in der Lage, die Bilddaten zum empfangen. Das war nochmals ein heikles Manöver. Theoretisch dauerte die Abtastung und Übertragung der Bilder acht Stunden. Doch der hohe Energiebedarf für den Betrieb der Systeme in dieser Phase erlaubte lediglich den einstündigen Dauerbetrieb des Senders, gefolgt von zwei Stunden Pause, um die Batterien wieder zu laden. Derart dauerte die gesamte Prozedur mehr als einen Tag. Ein erster Versuch zur Bildübermittlung etwa zehn Stunden nach der Aufnahme wurde abgebrochen. Das aus 470.000 km übermittelte Signal war extrem schwach und verrauscht. Die beste Qualität wurde schließlich erreicht, als Luna 3 am 18.10.1959 nur noch etwa 40.000 km von der Erde entfernt war. Die eingehenden Daten von Luna 3 wurden mit verschiedenen Medien zwischengespeichert. Das analoge Signal unmittelbar auf Magnetband. Die Bilddaten übertrug man per Lichtpunktabtaster auf 35 mm Film. Papierbilder wurden elektrochemisch entwickelt. Außerdem übertrug man die Bildinformationen auf Speicherbildröhren, die wiederum nochmals abfotografiert wurden. Dieser Aufwand unterstreicht die Bedeutung, die dem Projekt beigemessen wurde.
luna-3 moon featuresEin erstes Mosaik von Aufnahmen von der erdabgewandten Seite des Mondes veröffentlichte die Sowjetunion am 27.10.1959. Der bewußt gewählte hohe Sonnenstand erwies sich im Nachhinein als ungünstig. Bei diesen Lichtverhältnissen war der Kontrast der Aufnahmen überwiegend zu gering. Dennoch eröffneten sich Astronomen und einer breiten Öffentlichkeit nie zuvor gesehenen Ansichten unseres Mondes. Auffallend war selbst auf diesen wenigen grobkörnigen Bildern der Unterschied in den dominierenden Strukturen zwischen den beiden „Seiten“ des Mondes. Vor allem fehlten die dunklen Mare fast vollständig. 1960 veröffentlichte die sowjetische Akademie der Wissenschaften einen Mondatlas, der auf vier Seiten auch die bis dahin bekannten Objekte der erdabgewandten Seite zeigte. Inzwischen war es gelungen, durch eine gewissenhafte Nachbearbeitung den Aufnahmen mehr Details zu entlocken. Darunter waren das Mare Moscoviense, das Mare Desiderii sowie die Krater Tsiolkovskiy, Giordano Bruno, Mendeleyev, Sklodowska-​Curie u.a.m. Die Existenz einer Reihe dieser Objekte konnte später nicht bestätigt werden. Das was die Wissenschaftler als Mare Desiderii identifiziert hatten, entpuppte sich als ein kleineres Mare (Mare Ingenii) und eine Ansammlung benachbarter Krater. Und auch die Montes Sovietici erwiesen sich später als Fiktion. Dennoch blieb das in mehreren Sprachen veröffentlichte Werk auf Jahre die Standardreferenz.
Abgesehen von den spektakulären Mondaufnahmen übertrug Luna 3 auch noch Meßdaten seiner wissenschaftlichen Instrumente. Darunter befanden sich ein Tscherenkow-​Zähler, ein NaI Szintillations-​Zähler, drei Gasentladungs-​Zähler, vier Ionen-​Fallen und vier Mikrometeoriten-​Zähler[2].
Nicht nur propagandistisch war die Mission am zweiten Jahrestag des Starts von Sputnik ein voller Erfolg. Auch technologisch-​wissenschaftlich war sie in jeder Beziehung beeindruckend. Die USA mühten sich noch fast fünf Jahre vergeblich um die ersten (Nahaufnahmen) von der Mondoberfläche. Und erst ab 1966 lieferten die Lunar Orbiter Mondsatelliten wirklich hochwertiges Bildmaterial (auch) von der erdabgewandten Seite des Mondes. Heute wirkt die Qualität der Luna 3 Bilder extrem bescheiden. Doch unter Berücksichtigung der damaligen Möglichkeiten glänzte die Mission einer Vielzahl von beeindruckenden Erstleistungen, die den Erfolg erst möglich gemacht hatten. Kollektive überwiegend noch junger Ingenieure und Wissenschaftler hatten zu dem Projekt entscheidend beigetragen. Viele von ihnen bestimmten in den folgenden Jahrzehnten den weiteren Weg der sowjetischen Raumfahrt.

[1] mindestens 17 Aufnahmen wurden angefertigt, entwickelt und zur Erde übertragen — 13 davon veröffentlicht; möglicherweise wurden aber bis zu 29 Aufnahmen gewonnen, jedoch entweder nicht weiterverarbeitet oder übertragen bzw. empfangen
[2] möglicherweise wurde auch ein Massenspektrometer mitgeführt, von dem aber keine Daten veröffentlicht wurden