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Artemis 1

unbemannter Testflug um den Mond

Artemis 1 (offiziell Artemis I,[3] zuvor Exploration Mission 1 (englisch für „Erkundungsmission 1“), kurz EM-1; früher Space Launch System 1 oder SLS-1) war der zweite unbemannte Flug des US-amerikanischen Raumschiffs Orion. Die Testmission, die vom 16. November 2022 bis zum 11. Dezember 2022 dauerte, fand im Rahmen des Artemis-Programms der NASA statt. Das Raumschiff trat in einen hohen Mondorbit ein und kehrte wieder zur Erde zurück. Es handelte sich dabei um den ersten Start des neuen Trägersystems Space Launch System (SLS) und der von Airbus Defence and Space gebauten Orion-Antriebs- und Versorgungseinheit ESM.

Missionsemblem
Missionsemblem von Artemis 1
Missionsdaten
Mission Artemis 1
NSSDCA ID 2022-156
Raumfahrzeug Orion MPCV
Kommandomodul Orion CM-002
Servicemodul ESM-1
Masse 25.848 kg (insgesamt)
Trägerrakete SLS Block 1
Besatzung (unbemannt)
Start 16. November 2022, 06:47:44 UTC[1]
Startplatz Kennedy Space Center, LC-39B
Periselen 128,7 km
Landung 11. Dezember 2022, 17:40 UTC
Landeplatz Pazifischer Ozean vor Baja California
Flugdauer 25d 10h 53min[2]
Bergungsschiff USS Portland
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EFT-1
(unbemannt) 		Artemis 2
(bemannt)

Missionsziele

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Ziel der Mission war ein erster unbemannter Test des neuen Raumfahrzeugs und aller Systeme im Weltraum. Dazu gehörten das Zusammenspiel des US-amerikanischen Kommandomoduls mit dem europäischen Servicemodul, Tests der Manövrierfähigkeit im Mondorbit und die Bewährungsprobe des Hitzeschildes beim Wiedereintritt mit einer Geschwindigkeit, die deutlich höher war als die bei einer Rückkehr aus dem Erdorbit. Zugleich handelte es sich auch um den Erstflug des neuen Trägersystems SLS.

Um die Strahlungsexposition für zukünftige Mondmissionen zu messen, flogen drei Strahlungsmesspuppen als „Besatzung“ mit.[4] Zwei weibliche Puppen, die sogenannten #LunaTwins (Helga und Zohar),[5][6] flogen im Rahmen des MARE-Experiments[7] (Matroshka AstroRad Radiation Experiment) des DLR mit. Eine dieser Puppen trug eine Schutzweste. Partner des MARE-Experiments waren die israelische Raumfahrtagentur ISA, der israelische Industriepartner StemRad, der die AstroRad-Schutzweste entwickelt hat, sowie Lockheed Martin und die NASA. Die dritte Puppe mit dem Namen „Moonikin Commander Campos“ (benannt nach Arturo Campos, einem NASA-Ingenieur während des Apollo-Programms) kam von der NASA und trug zu Testzwecken einen neuentwickelten Raumanzug.[8] Diese nahm den Sitz des Kommandanten ein und war mit zwei Strahlungssensoren in ihrem Crew-Survival-System-Anzug ausgestattet, den die Astronauten während des Starts, des Eintritts und anderer dynamischer Phasen ihrer Missionen tragen werden. Der Sitz des Kommandanten verfügte außerdem über Sensoren zur Aufzeichnung von Beschleunigungs- und Vibrationsdaten während der Mission.[4] Außerdem war eine Snoopy-Plüschpuppe der NASA an Bord, die als Schwerelosigkeitsindikator diente, sowie eine Shaun-das-Schaf-Puppe, die auf den europäischen Beitrag zur Mission, das ESA-Servicemodul, verwies.[9]

Die Erkenntnisse aus dieser Mission werden als eine wichtige Grundlage für den ersten bemannten Flug gewertet, der derzeit als Artemis 2 für September 2025 geplant ist.[10]

Vorbereitung

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Orion wurde mit einer SLS-Rakete in der Konfiguration Block 1 gestartet. Diese besitzt eine vom Space-Shuttle-Außentank abgeleitete Hauptstufe mit vier wiederverwendeten RS-25D-Triebwerken, die bereits mit dem Shuttle zum Einsatz kamen. Hinzu kommen zwei ebenfalls auf dem Space-Shuttle-System basierende, verlängerte Feststoffbooster und eine auf der Delta IV basierende Oberstufe.

Im November 2018 wurde das Servicemodul des Orion-Raumschiffs für die EM-1-Mission von Bremen, wo es am Airbus-Standort gefertigt wurde, zum Kennedy Space Center (KSC) in den USA geliefert.[11] Mitte 2020 kamen dort auch die Einzelteile der beiden Feststoffbooster an.[12] Die erste Raketenstufe wurde ab 2019 zusammengebaut und von Januar bis März 2021 getestet.[13][14][15]

Alternative Planungen des Missionsverlaufs

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Unter dem politischen Druck des Wahlkampfs für die Präsidentschaftswahl in den Vereinigten Staaten 2020 wurde eine Aufteilung und Umbuchung der Mission auf die Trägerraketen Falcon Heavy und/oder Delta IV Heavy erwogen, um den damaligen Plantermin Juni 2020 einhalten zu können. Das Orion-Raumschiff und das ESM wären dann getrennt in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht worden, um dort – mittels eines noch zu entwickelnden Mechanismus – zu docken und anschließend auf den Transferorbit zum Mond einzuschwenken.[16] Diese Idee wurde jedoch wieder verworfen.[17]

Startverschiebungen

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Sämtliche Startterminverschiebungen vor August fehlen. Sollte ursprünglich 2017 starten. Die Verschiebung bzgl. Nicole ist inhaltlich falsch. Startverschiebung war am 8. November, erste Begutachtung nach dem Sturm am 10.
Bitte hilf mit, ihn zu verbessern, und entferne anschließend diese Markierung.

Ein erster Startversuch am 29. August 2022 wurde abgebrochen, als bei einem Triebwerk eine zu hohe Temperatur gemessen wurde. Die Untersuchung ergab, dass ein Temperatursensor fehlerhaft war und fälschlicherweise eine hohe Temperatur für Triebwerk 3 anzeigte. Weitere technische Schwierigkeiten betrafen eine elfminütige Kommunikationsverzögerung zwischen dem Raumfahrzeug und der Bodenkontrolle, ein Treibstoffleck und einen Riss im Isolierschaum der Verbindungsstücke zwischen den Flüssigwasserstoff- und Flüssigsauerstofftanks.[18][19][20][21] Ein weiterer Startversuch am 3. September 2022 wurde wenige Stunden zuvor abgesagt, weil es ein Leck an einem Wasserstoff-Tankschlauch gab und das Problem nicht rechtzeitig gelöst werden konnte.[22][23] Der nächste Starttermin am 24. September wurde verschoben durch Hurrikan Ian, für den eine Entwicklung zum schweren Hurrikan erwartet wurde.[24] Am 26. September wurde angesichts des nahenden Sturms damit begonnen, die Rakete wieder vom Startfeld zum Vehicle Assembly Building zu bringen.[25] Am 28. und 29. September überquerte der Hurrikan dann Florida von Südwest nach Nordost.[26]

Da „Nicole“ nur die Hurrikankategorie I erreichen sollte, wurde beschlossen, die inzwischen wieder auf der Startrampe befindliche Trägerrakete dort zu belassen. Die Rakete war bis dahin bereits viermal zwischen dem Vehicle Assembly Building und der Rampe hin- und hertransportiert worden. Diese Belastung durch den Transport halte sie nur noch einmal aus, ohne relevante Schäden zu bekommen. Nachdem „Nicoles“ Böen von bis zu 161 km/h (in 142 m Höhe am Startfeld gemessen) leichte Schäden an der Trägerrakete verursachten, musste der wegen „Ian“ bereits auf den 14. November verlegte Start erneut aufgeschoben werden. Voraussetzung für den Start am 16. November war, dass die Schäden durch Hurrikan „Nicole“ bis dahin behoben sein würden.[27]

Missionsverlauf

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Flugbahn von Artemis 1
 
SLS mit Orion-Kapsel im Vehicle Assembly Building im März 2022
Animationen der geplanten Flugbahn von Orion bei Artemis I
Lila: Orion sowie deren Flugbahn
Grün: Mond sowie dessen Umlaufbahn
Blauer Punkt: Erde
 
Animation der geplanten Flugbahn von Artemis I im Bezugssystem Erde
 
Animation der geplanten Flugbahn von Artemis I im Rotierenden Bezugssystem Erde-Mond

Orion wurde vom Kennedy Space Center Launch Complex 39 in einen niedrigen Erdorbit gestartet. Die Oberstufe brachte das Raumschiff aus der Parkbahn auf Kurs zum Mond.

Nachdem Orion dort angekommen war, bremste das Raumschiff mit seinem eigenen Antrieb ab (englisch „Lunar Orbit Insertion“, LOI), um nach einem weiteren Manöver in einen entfernten rückläufigen Orbit (englisch „Distant Retrograde Orbit“, DRO) mit einem Aposelenum von 70.000 km über der Mondoberfläche einzuschwenken.

Am 21. November um 12:57 Uhr UTC erreichte Artemis I mit etwa 130 km Distanz zur Mondrückseite die stärkste Annäherung eines Raumschiffs zum Mond seit der Apollo-17-Mission im Jahr 1972.[28] Am 13. Tag des Flugs, dem 28. November 2022, befand sich die Kapsel zeitweise rund 432.194 Kilometer von der Erde entfernt. Diese Entfernung war zum einen die Maximaldistanz, die die unbemannte Kapsel während der Mission zur Erde aufbaute, zum anderen hatte nie zuvor ein für Menschen gebautes Raumschiff eine solche Distanz zur Erde.[29] Bei der zweiten Mondannäherung am 5. Dezember betrug der minimale Abstand 128,7 km.

Nach einem sechstägigen Aufenthalt in dieser Umlaufbahn zündete Orion die Triebwerke für den Rückflug zur Erde. Versorgt und angetrieben wurde die Kommandokapsel dabei von einem auf dem europäischen ATV basierenden Servicemodul (englisch „European Service Module“, ESM), welches vor dem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre abgetrennt wurde und verglühte. Beim Wiedereintritt war die Kapsel erstmals bei etwa 40.000 km/h höchsten Belastungen ausgesetzt, bevor sie an Fallschirmen hängend im Pazifischen Ozean wasserte.

Die Wasserung des Raumschiffs erfolgte nach 25 Tagen, 10 Stunden und 53 Minuten um 17:40:30 Uhr UTC am 11. Dezember 2022, dem 50. Jahrestag der letzten Mondlandung des Apollo-Programms durch Apollo 17. Wegen schlechten Wetters war der Landeplatz von der Küste San Diegos rund 560 km nach Süden vor die Küste Baja Californias verlegt worden. Als Bergungsschiff diente die USS Portland.[30]

Sekundäre Nutzlasten

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Stufenadapter mit den Cubesats

Neben dem Orion-Raumschiff wurden mit dem ersten Start des SLS auch 10 Cubesats gestartet, darunter mehrere Mondsonden.[31][32] Die Cubesats haben alle das 6U-Format.[33]

Im Einzelnen waren dies:

  • Zwei Nutzlasten aus dem NextSTEP-Programm der NASA:
    • LunIR (vormals Skyfire) – ein von Lockheed Martin gebauter CubeSat zur Untersuchung der Mondoberfläche im Vorbeiflug.
    • Lunar IceCube – ein von der Morehead State University in Kentucky gebauter CubeSat für die Suche nach Eis und anderen Ressourcen aus einem ca. 100 km hohen Mondorbit.
  • Zwei Nutzlasten im Rahmen der Forschungen der NASA für die bemannte Raumfahrt:
    • Der Near-Earth Asteroid Scout (NEA Scout) sollte einen Asteroiden untersuchen, fotografieren und dessen Position bestimmen.
    • BioSentinel sollte mit Hefen den Einfluss von Strahlung im Weltraum auf lebende Organismen bestimmen.
  • Zwei wissenschaftliche Nutzlasten der NASA:
    • CuSP – eine „Weltraumwetterstation“ zur Messung von Teilchen und magnetischen Feldern im All, auch in Hinsicht auf ein zukünftiges Netzwerk solcher Stationen.
    • LunaH-Map sollte Wasserstoff innerhalb von Mondkratern und anderen permanent im Schatten gelegenen Regionen am Südpol des Mondes kartieren.
  • Missionen von internationalen Partnern:
    • ArgoMoon (Argotec/ASI) – Navigation in der Nähe der SLS-Oberstufe. Der Cubesat sollte das Raumfahrzeug eine Zeit lang begleiten und Aufnahmen von den Triebwerken machen. Anschließend sollte er in einer Sonnenumlaufbahn bleiben und für die restliche Betriebsdauer für Kommunikationstests und zum Dauertest der Komponenten unter der Strahlung im tiefen Raum benutzt werden.
    • Equuleus (JAXA/Japan) – Messungen der Plasmasphäre der Erde
    • Omotenashi (JAXA/Japan) – ein preiswerter Mondlander, einzige Mondlandung im Rahmen der Artemis-1-Mission
  • Eine weitere Nutzlast wurde 2017 durch das NASA-Programm Cube Quest Challenge bestimmt:[34]
    • Team Miles von einem Team um das Unternehmen Fluid and Reason in Tampa – Erprobung eines Plasmaantriebs im Tiefraum[35]

Mit Stand 2016 war geplant, dass die Cubesats nach der Trennung des Orion-Raumschiffs von der Oberstufe bei ausreichendem Sicherheitsabstand ebenfalls von der Oberstufe getrennt werden. Sie sollten mit einem Federmechanismus von dem Orion-Stufenadapter in eine Bahn ausgesetzt werden, die am Mond vorbeiführt. Der weitere Flug und eventuell nötige Bahnänderungen sollten dann unabhängig voneinander stattfinden.[36][37]

Die meisten der mit Artemis 1 ausgesetzten Cubesats funktionierten nur eingeschränkt oder gar nicht (vgl. Chronologie der Mondmissionen).

Vier weitere Cubesats sollten mit Artemis 1 starten, wurden aber nicht rechtzeitig bis zum Stichtag 26. September 2021 fertiggestellt:[38]

  • Lunar Flashlight sollte Eisablagerungen auf dem Mond finden und Regionen bestimmen, in denen sich ein Abbau lohnen könnte.
  • Earth Escape Explorer (CU-E3) der University of Colorado Boulder – ein Satellitenpaar zur Erprobung von Kommunikationstechnik in einer Sonnenumlaufbahn[39]
  • Cislunar Explorers der Cornell University in Ithaca – Erreichen einer Mondumlaufbahn per Wasserantrieb[39]

Galerie

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  • Artemis I
  •  
    Start von Artemis 1 mit der SLS-Rakete am 16. November 2022
  •  
    Die Erde am 16. November, vom Orion-Raumschiff aus nach dem Trans-Lunar-Injection-Manöver gesehen
  •  
    Innenaufnahme der Orion-Kapsel am 18. November
  •  
    Der Mond, fotografiert am 20. November von Orion
  •  
    Die Mondrückseite, aufgenommen von Orion während eines Swing-by-Manövers am 21. November
  •  
    Orion am 28. November, bei maximaler Distanz von der Erde
  •  
    Orion mit Mond und Erde am 5. Dezember
  •  
    Wasserung am 11. Dezember 2022
  •  
    Orion-Kapsel im Welldeck der USS Portland
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Commons: Artemis 1 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ Artemis 1 im NSSDCA Master Catalog, abgerufen am 26. November 2023 (englisch).
  2. ↑ NASA: Artemis I. In: nasa.gov. NASA, abgerufen am 11. Dezember 2022 (englisch).
  3. ↑ Brian Dunbar: Artemis-I. NASA, 29. Januar 2018, abgerufen am 16. August 2023 (englisch).
  4. ↑ a b James Cawley: Purposeful Passengers Hitch a Ride on NASA’s Artemis I Mission. In: nasa.gov. NASA, 16. August 2022, abgerufen am 22. November 2022 (englisch).
  5. ↑ DLR schickt weibliche Messpuppen zur NASA-Mission Artemis I. In: dlr.de. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 27. April 2022, abgerufen am 17. November 2022.
  6. ↑ „Boarding“ für die Mission Artemis I – Helga und Zohar sind bereit für ihren Flug zum Mond. In: dlr.de. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 10. August 2022, abgerufen am 17. November 2022.
  7. ↑ Das Artemis-Programm – Ein neuer Aufbruch zum Mond. In: dlr.de. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 17. November 2022, abgerufen am 17. November 2022.
  8. ↑ Jason Davis: Artemis I launch guide: What to expect. In: planetary.org. The Planetary Society, 14. November 2022, abgerufen am 22. November 2022 (englisch).
  9. ↑ „Boarding“ für die Mission Artemis I – Helga und Zohar sind bereit für ihren Flug zum Mond. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 10. August 2022, abgerufen am 28. August 2023.
  10. ↑ Mike Wall: NASA to reveal Artemis 2 moon astronauts on April 3. Space.com, 9. März 2023, abgerufen am 12. März 2023 (englisch): „NASA is currently targeting November 2024 for the launch of that roughly 10-day-long mission, which is known as Artemis 2.“
  11. ↑ ESA-Servicemodul auf dem Weg in die USA. In: astronews.com. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 5. November 2018, abgerufen am 27. Januar 2019.
  12. ↑ Stephen Clark: SLS booster segments arrive in Florida, but stacking on hold until core stage test. In: spaceflightnow.com. Spaceflight Now, 17. Januar 2021, abgerufen am 17. November 2022 (englisch).
  13. ↑ Jennifer Harbaugh: NASA Invites Media for Look at NASA’s Space Launch System Progress. In: nasa.gov. NASA, 20. Februar 2019, abgerufen am 12. März 2019 (englisch).
  14. ↑ Stephen Clark: NASA studying cause of early end to NASA moon rocket test-firing. In: spaceflightnow.com. Spaceflight Now, 17. Januar 2021, abgerufen am 17. November 2022 (englisch).
  15. ↑ Sean Potter: NASA Mega Moon Rocket Passes Key Test, Readies for Launch. In: nasa.gov. NASA, 18. März 2021, abgerufen am 17. November 2022 (englisch).
  16. ↑ Eric Berger: NASA to consider use of private rockets for first Orion lunar mission. In: Ars Technica. WIRED Media Group, 13. März 2019, abgerufen am 13. März 2019 (englisch).
  17. ↑ Marcia Smith: Commercial Alternative to SLS for EM-1 Rejected. In: Spacepolicyonline.com. Space and Technology Policy Group, LLC, 26. März 2019, abgerufen am 30. März 2019 (englisch).
  18. ↑ Ashley Strickland: Today’s Artemis I launch has been scrubbed after engine issue. In: cnn.com. Warner Bros. Discovery, 29. August 2022, abgerufen am 3. September 2022 (englisch).
  19. ↑ Marcia Smith: NASA Ready to Try Artemis I Again on Saturday and See What the Day Brings. In: spacepolicyonline.com. Space and Technology Policy Group, LLC, abgerufen am 3. September 2022 (englisch).
  20. ↑ Tariq Malik: NASA calls off Artemis 1 moon rocket launch over engine cooling issue. In: space.com. Future US, Inc., 29. August 2022, abgerufen am 3. September 2022 (englisch).
  21. ↑ Emilee Speck: Artemis 1 weather forecast favorable for Labor Day launch. In: foxweather.com. FOX News Network, LLC, 23. August 2022, abgerufen am 3. September 2022 (englisch).
  22. ↑ Nasa: Mondmission »Artemis« kann erneut nicht starten. In: Der Spiegel. Spiegel-Verlag Rudolf Augstein GmbH & Co. KG, 3. September 2022, abgerufen am 3. September 2022.
  23. ↑ »Artemis I«: Nasa verschiebt nächsten Startversuch der Mondrakete. In: Der Spiegel. Spiegel-Verlag Rudolf Augstein GmbH & Co. KG, 4. September 2022, abgerufen am 4. September 2022.
  24. ↑ Gloria Oladipo: Florida prepares for hurricane as tropical storm Ian grows over Caribbean. In: The Guardian. Guardian News & Media Ltd., 24. September 2022, abgerufen am 25. September 2022 (englisch).
  25. ↑ Jeff Foust: SLS to roll back to VAB as hurricane approaches Florida. In: spacenews.com. Spacenews, 26. September 2022, abgerufen am 27. September 2022 (englisch).
  26. ↑ Tropical Storm IAN. In: noaa.gov. U.S. Department of Commerce – National Oceanic and Atmospheric Administration, 29. September 2022, abgerufen am 13. November 2022 (englisch).
  27. ↑ Tanja Banner: „Artemis 1“-Mission zum Mond: Nasa bleibt bei Starttermin – trotz Sturm. In: Frankfurter Rundschau. Frankfurter Rundschau GmbH, 12. November 2022, abgerufen am 12. November 2022.
  28. ↑ »Artemis«-Programm der Nasa: »Orion«-Kapsel umrundet den Mond. In: Der Spiegel. Spiegel-Verlag Rudolf Augstein GmbH & Co. KG, 21. November 2022, abgerufen am 21. November 2022.
  29. ↑ Olaf Kanter: Nasa-Mondmission »Artemis 1«: 432.194 Kilometer von der Erde entfernt. In: Der Spiegel. Spiegel-Verlag Rudolf Augstein GmbH & Co. KG, 29. November 2022, abgerufen am 29. November 2022.
  30. ↑ Kenneth Chang: Live Updates: NASA’s Artemis I Moon Mission Returns to Earth. In: The New York Times. The New York Times Company, 11. Dezember 2022, abgerufen am 11. Dezember 2022 (englisch).
  31. ↑ Space Launch System’s First Flight will launch small Sci-Tech cubesats. In: spacedaily.com. Space Media Network, 3. Februar 2016, abgerufen am 19. November 2022 (englisch).
  32. ↑ Justin Davenport: Artemis I releases 10 cubesats, including a Moon lander, for technology and research. In: NASASpaceFlight.com. NASASpaceflight, LLC, 16. November 2022, abgerufen am 19. November 2022 (englisch).
  33. ↑ LunaH-Map Press Kit. In: lunahmap.asu.edu. Arizona State University, August 2022, abgerufen am 11. April 2023 (englisch): „In 2015, NASA announced a rideshare opportunity for about a dozen 6U CubeSats on the Space Launch System (SLS) rocket’s first uncrewed flight test — the Artemis I mission.“
  34. ↑ Karen Northon: Three DIY CubeSats Score Rides on NASA’s First Flight of Orion, Space Launch System. In: nasa.gov. NASA, 8. Juni 2017, abgerufen am 11. Mai 2018 (englisch).
  35. ↑ Jennifer Harbaugh: Cube Quest Challenge Spotlight: Team Miles. In: nasa.gov. NASA, 18. Mai 2017, abgerufen am 19. November 2022 (englisch).
  36. ↑ NASA Space Launch System’s First Flight to Send Small Sci-Tech Satellites Into Space. In: nasa.gov. NASA, 2. Februar 2016, abgerufen am 3. Februar 2016 (englisch).
  37. ↑ SLS EM1 secondary payload: Omotenashi. (PDF; 1,1 MB) Missionsüberblick der JAXA. In: jaxa.jp. Japan Aerospace Exploration Agency, 29. Oktober 2016, S. 2, abgerufen am 19. November 2022 (englisch).
  38. ↑ Lavie Ohana: Four Artemis I CubeSats miss their ride. In: spacescout.info. Space Scout, 3. Oktober 2021, abgerufen am 8. Oktober 2021 (englisch).
  39. ↑ a b Jennifer Harbaugh: Cube Quest Challenge Team Spotlight: Cislunar Explorers. In: nasa.gov. NASA, 22. Mai 2017, abgerufen am 17. November 2022 (englisch).
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