Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

2.6. EINBRINGEN DES SATELLITEN IN SEINE BAHN 67
die Ellipse aufweitet und zu einem Perigäum auf der Bahn des Zielplaneten führt. In diesem
Perigäum wird Gegenschub gegeben, damit sich die Ellipsenbahn zu einer Kreisbahn
verkleinert.
Verständnisfrage 16 Können Sie anschaulich und formal begründen, warum Hohmann
Bahnen bei zu großen Abstandsverhältnissen ungünstig werden?
§ 217 Bisher haben wir immer kurze Schubimpulse betrachtet. Ein völlig anderes Konzept
ergibt sich jedoch, wenn man eine kontinuierliche Beschleunigung annimmt. Ionenraketeten
[68, 160, 208] oder noch moderner Sonnensegel [4, 387, 504, 746] sollten während der gesamten
Reise mit kontinuierlichem Schub arbeiten. Dann ergibt sich eine nach außen immer weiter
werdende Spiralbahn um das Gravitationszentrum. Diese Bahn und für planetare Missionen
erforderliche Manöver werden z.B. in [68] diskutiert.
Zwischenrechnung 10 In [429] wird die Aussage “If launched in 2010 such a probe could
overtake Voyager 1, the most distant spacecraft bound for interstellar space, in 2018 going
as far in eight years as the Voyager will have journeyed in 41 years.” gemacht. Schätzen Sie
ab, ob diese Annahme realistisch ist.
Verständnisfrage 17 Geometrische Nachfrage: lässt sich die Spirale einfach klassifizieren
(z.B. archimedisch, logarithmisch) oder welche Gleichung erhalten Sie? Ist dies eine Umkehrung
der bei der Abbremsung durch Reibung entstehenden Spiralbahn?
Reise zu anderen Planeten
§ 218 Im Vorangegangenen sind die Transferbahnen zwischen zwei Satellitenorbits dargestellt
worden. Diese Betrachtung ist wesentlich vereinfacht gegenüber der Reise von der Erde
zu einem anderen Planeten oder auch nur zum Mond. Beim Übergang von einem Satellitenorbit
zu einem anderen müssen nur zwei (bzw. beim Drei-Impulsübergang drei) Geschwindigkeitsänderungen
vorgenommen werden, ansonsten fällt der Satellit seinen Weg alleine.
§ 219 Für die Reise von der Erde zu einem anderen Planeten sind jedoch noch eine Anzahl
zusätzlicher Punkte zu beachten:
1. Bei Reisen zwischen den Planeten ist der Zentralkörper die Sonne. Bevor wir unsere
Raumsonde auf eine Übergangsellipse im Schwerefeld der Sonne schicken können, müssen
wir sie erst aus dem Schwerefeld der Erde in ein Orbit heben, das ähnlich dem der Erde
um die Sonne läuft. Die erste Stufe zum Erreichen eines anderen Planeten besteht also
darin, der Raumsonde die Fluchtgeschwindigkeit zum Verlassen des Anziehungsbereiches
der Erde zu erteilen.
2. Von dieser Bahn aus lässt sich ein einfacher Hohmann-Übergang auf die Bahn des anderen
Planeten vornehmen. Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass der Planet auch zu der
Zeit, an der unsere Raumsonde seine Bahn erreicht, am entsprechenden Ort sein muss.
Aus dieser Randbedingung erklärt sich, warum es bei Missionen zu anderen Planeten
stets so genannte Startfenster gibt, d.h. Zeitbereiche, während derer ein Start insofern
sinnvoll ist, als dass die Raumsonde nicht nur die Bahn des zu besuchenden Planeten,
sondern auch den Planeten selbst erreicht.
3. Die Sonde befindet sich jetzt auf der Bahn des Planeten, nicht aber auf einer Bahn um
den Planeten herum. Jetzt muss eine Umkehrung des ersten Schritts erfolgen und die
Sonde muss auf eine Bahn um den Zielplaneten einschwenken, d.h. sie muss sich aus dem
Schwerefeld der Sonne in das des Zielplaneten überführt werden.
4. Nachdem sich die Sonde nun in einer Bahn um den Zielplaneten befindet, können wir
diesen vermessen (z.B. die Radarvermessung der Venus durch Magellan) oder wir können
die Sonde bzw. eine Landekapsel der Sonde auf die Planetenoberfläche senden. Für eine
weiche Landung stellt die Abbremsung das Hauptproblem dar, hier muss gleichsam ein
Startvorgang mit umgekehrter Zeitrichtung durchgeführt werden. Wichtig ist dabei auch
der korrekte Eintritt in die Atmosphäre des Planeten, um ein Verglühen zu verhindern
(gute Diskussion z.B. in [160]).
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008