Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

2.7. ERGÄNZUNG: SPEZIELLE BAHNEN 75
Abbildung 2.32: Swing
By an einem Planeten
müsste bei entsprechender Präzision ein 10-Pfennigstück über eine Entfernung von 250 km
treffen [69].
§ 242 Aber nicht nur die Präzision ist wichtig für eine derartige Schleudertour, im Falle
von sehr ausgedehnten Missionen wie der Voyager-Mission ist auch die relative Stellung der
Planeten zueinander von Bedeutung: für den Voyager-Flug lagen alle diese Planeten auf
einer Kurve, deren Krümmungsrichtung sich nicht änderte. Es entstand also kein Zick-Zack-
Kurs, der einen extrem hohen Energiebedarf bedeutet hätte. Diese Vorraussetzung ist jedoch
aufgrund der langen Umlaufzeiten der äußeren Planeten nur alle 177 Jahre erfüllt, vor dem
Voyager-Start im Jahre 1977 war das zur Zeit der napoleonischen Kriege zuletzt der Fall. 27
§ 243 Um das Prinzip des Schwungholens an einem Planeten zu verstehen, ist es wichtig, die
Eigenbewegung des Planeten zu berücksichtigen. Würde die Raumsonde in die Nähe eines
ruhenden Körpers gelangen, so würde sie, vorausgesetzt ihre Anfangsgeschwindigkeit ist ausreichend
groß, beim Anflug durch die in Bewegungsrichtung wirkende Gravitation beschleunigt
werden, dann aber beim Weiterflug hinter dem Planeten wieder abgebremst werden.
Dabei würde sich eine Hyperbelbahn ergeben, wobei die Geschwindigkeit auf beiden Ästen
die gleiche ist, d.h. es findet zwar eine Impulsänderung statt aber keine Energieänderung.
In der Realtität bewegt sich der Planet jedoch und die Sonde kann einen verschwindend
kleinen Teil der kinetischen Energie des Planeten abzweigen und zur Erhöhung der eigenen
Geschwindigkeit verwenden.
§ 244 Anschaulich beschreibt Giese [69] diese Technik folgendermaßen: Im Prinzip ähnelt der
Vorgang einem irdischen Experiment, bei dem ein Tennisball senkrecht an einem Haus mit
einer Anfangsgeschwindigkeit v1 hochgeworfen wird und mit verringerter Geschwindigkeit
v2 an einem Balkon vorbeikommt, wo ihn ein Tennisspieler mit seinem Schläger (Geschwindigkeit
vj) weiter nach oben schlägt. Auf diese Weise erreicht der Ball wieder eine höhere
Geschwindgkeit v ′ 2 > v2 und steigt weiter auf als ihn die Person vom Boden aus eigener Kraft
hätte schleudern können.
§ 245 Übertragen auf ein Raumfahrzeug F , das durch Wechselwirkung mit einem Planeten P
von einer heliozentrischen Geschwindigkeit v2 auf eine höhere Geschwindigkeit v ′ 2 beschleunigt
werden soll, ergibt sich das Prinzip der Swing By-Technik wie in Abb. 2.32 dargestellt. Dieser
Vorgang lässt sich in drei Abschnitte unterteilen:
1. Zunächst holt der Planet in dem vereinfacht dargestellten Fall mit seiner Eigengeschwindigkeit
v1 die sich mit einer Geschwindigkeit v2 bewegende Raumsonde ein. Ein Beobachter
auf dem Planeten würde daher die Sonde mit einer Geschwindigkeit vrel = v2 − v1
auf sich zukommen sehen.
2. Der auf dem Planeten befindliche Beobacher würde dann feststellen, dass sich das Raumfahrzeug
auf einem Hyperbelast um den Planeten herumschwingt, wobei der minimale
Abstand im Perizentrum mit rPz bezeichnet ist. Schließlich verlässt das Raumfahrzeug
den Wirkungsbereich des Planeten wieder mit einer Geschwindigkeit �v ′ rel . Dabei hat sich
aber nicht der Betrag der Geschwindigkeit geändert, sondern lediglich die Richtung (d.h.
im System des Planeten ist die Energie der Raumsonde nach der Wechselwirkung unverändert).
27 Die Konstellation ist natürlich nicht nur für ein Swing By wichtig sondern ebenso beim Flug zu einem
anderen Planeten. Daher haben Missionen zu anderen Planeten in der Regel nur ein enges Startfenster – wird
dieses nicht ausgenutzt, so heißt es warten.
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008