Mondsatellit: Unterschied zwischen den Versionen
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Eine Mondumlaufbahn zu erreichen, ist eine durchaus anspruchsvolle Aufgabe der [[Raumfahrt]], die schon beim Start ein hohes Maß an [[Steuerungstechnik]] erfordert. Aber noch komplexer ist das Manöver beim [[Abbremsen]], das in der Umgebung des Mondes erforderlich ist, um die überschüssige Geschwindigkeit der Sonde abzubauen. | |||
== Erfordernisse zur Erreichung der Mondumgebung == | == Erfordernisse zur Erreichung der Mondumgebung == | ||
Um am Mond schon nahe [[Vorbeiflug (Raumfahrt)|vorbeizufliegen]], muss die [[Brennschluss]]geschwindigkeit der obersten [[Raketenstufe]] auf etwa ein Promille genau eingehalten werden, weshalb z. B. die energetisch günstigen [[Feststoffrakete]]n ausscheiden. Auch die [[Richtung]] des „Schusses“ auf wenige Hundertstel Grad einzuhalten (d. h. die Flugrichtung der Sonde beim Übergang von der Erdumlaufbahn zum Mondflug) sowie das [[Startfenster]] muss auf wenige Sekunden getroffen werden (wegen der veränderlichen Winkelstellungen im [[Erde-Mond-System]]). | |||
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Denn anfangs war die Steuerung von Raketenstarts noch zu ungenau, sodass es – von Fehlstarts ganz abgesehen – statt des „direkten Schusses“ meist ein Vorbeiflug in 6.000 bis 60.000 km Entfernung wurde. Deshalb ging man in den 1960er Jahren dazu über, die Sonde zunächst auf eine [[Umlaufbahn|Parkbahn]] um die Erde zu bringen. Erst nach genauer [[Bahnbestimmung|Bahnvermessung]] dieser Flugbahn errechnete man die erforderliche (positive) Geschwindigkeitskorrektur sowie Zeitpunkt und Brenndauer des [[Bahnmanöver]]s für die [[Übergangsbahn]] zum Mond. Diese war so abzustimmen, dass die Sonde gleichzeitig an jenem Punkt der [[Mondbahn]] ankam, zu dem ihn der Mond selbst nach der erforderlichen Flugdauer erreichte. | Denn anfangs war die Steuerung von Raketenstarts noch zu ungenau, sodass es – von Fehlstarts ganz abgesehen – statt des „direkten Schusses“ meist ein Vorbeiflug in 6.000 bis 60.000 km Entfernung wurde. Deshalb ging man in den 1960er Jahren dazu über, die Sonde zunächst auf eine [[Umlaufbahn|Parkbahn]] um die Erde zu bringen. Erst nach genauer [[Bahnbestimmung|Bahnvermessung]] dieser Flugbahn errechnete man die erforderliche (positive) Geschwindigkeitskorrektur sowie Zeitpunkt und Brenndauer des [[Bahnmanöver]]s für die [[Übergangsbahn]] zum Mond. Diese war so abzustimmen, dass die Sonde gleichzeitig an jenem Punkt der [[Mondbahn]] ankam, zu dem ihn der Mond selbst nach der erforderlichen Flugdauer erreichte. | ||
== Bahnmanöver zum Einschwenken in die Mondumlaufbahn == | == Bahnmanöver zum Einschwenken in die Mondumlaufbahn == | ||
Um in einen Mondorbit einzuschwenken, ist der nächste kritische Moment das Brems- bzw. Bahnmanöver. Dieses Manöver muss auch nach Zeitpunkt, Richtung und Geschwindigkeitsänderung genau stimmen. | |||
Eine von der Erde zum Mond fliegende Sonde muss nach dem Start annähernd die [[Kosmische Geschwindigkeiten#Zweite kosmische Geschwindigkeit oder Fluchtgeschwindigkeit|zweite kosmische Geschwindigkeit]] von 11,2 km/s erreichen, d. h. die zum Verlassen des [[Erdschwerefeld]]es erforderliche Fluchtgeschwindigkeit. Sie entspricht 140,7 % der [[Kreisbahngeschwindigkeit]] – d. h. die Geschwindigkeit in der Parkbahn ist um etwa 40 % oder annähernd 4000 Meter pro Sekunde zu erhöhen, was in einem Winkel etwa 90° quer zur Mondrichtung | Eine von der Erde zum Mond fliegende Sonde muss nach dem Start annähernd die [[Kosmische Geschwindigkeiten#Zweite kosmische Geschwindigkeit oder Fluchtgeschwindigkeit|zweite kosmische Geschwindigkeit]] von 11,2 km/s erreichen, d. h. die zum Verlassen des [[Erdschwerefeld]]es erforderliche Fluchtgeschwindigkeit. Sie entspricht 140,7 % der [[Kreisbahngeschwindigkeit]] – d. h. die Geschwindigkeit in der Parkbahn ist um etwa 40 % oder annähernd 4000 Meter pro Sekunde zu erhöhen, was in einem Winkel etwa 90° quer zur Mondrichtung erfolgen muss. | ||
Wenn die Sonde dann den schwerelosen Punkt zwischen Erde und Mond erreicht (aus Zeitgründen darf dies nicht zu langsam sein), beginnt sie „in Richtung Mond zu fallen“ und würde ungebremst um | Wenn die Sonde dann den schwerelosen Punkt zwischen Erde und Mond erreicht (aus Zeitgründen darf dies nicht zu langsam sein), beginnt sie „in Richtung Mond zu fallen“ und würde ungebremst um ihn „herumfallen“ oder mit etwa 2000 m/s auf ihm aufschlagen. | ||
Die überschüssige Geschwindigkeit ([[kinetische Energie]]) wird durch Bremsraketen abgebaut, die genau in Richtung der Bahnbewegung zünden müssen. Wird genau richtig gebremst, so schwenkt die Sonde in den Mondorbit ein. Dies erfolgt in der [[Bahnebene]], die sich aus der gegenseitigen Stellung von Erde und Mond beim Raketenstart, aus dessen Richtung ([[geografische Breite]] / [[Azimut]]) und der seither vergangenen Zeit ergibt. | |||
== Wissenschaftliche und technische Ziele von Mond-Orbitern == | == Wissenschaftliche und technische Ziele von Mond-Orbitern == | ||
Mondsatelliten haben herausragende Bedeutung für die [[Selenografie]] (z. B. die [[Lunar Orbiter]]s und [[Clementine (Sonde)|Clementine]]) und die [[Selenodäsie]] (z. B. [[Lunar Prospector]]). Außerdem bieten Mondsatelliten den Vorteil, das Erdmagnetfeld aus relativ konstanter Entfernung zu beobachten (z. B. [[IMP-E]]). Ebenso vorteilhaft sind [[Radioastronomie|radioastronomische]] Experimente (z. B. [[RAE-B]] und Luna-19) in einer Mondumlaufbahn, da vor allem auf der erdabgewandten Seite keine störenden Radiowellen von der Erde empfangen werden. In der Mondumlaufbahn kann zudem mit mehreren [[Relay (Satellit)|Relay-Satelliten]] per Funk mit Objekten auf der Mondrückseite kommuniziert werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Published: Friday, September 18, 2020 |url=https://astronomy.com/magazine/ask-astro/2020/09/how-do-spacecraft-communicate-from-the-farside-of-the-moon |titel=How do spacecraft communicate from the farside of the Moon? |sprache=en |abruf=2021-12-07}}</ref> | |||
== Verwechselungsmöglichkeiten == | == Verwechselungsmöglichkeiten == | ||
Der Begriff ''Mondsatellit'' könnte auch als Fachbegriff für einen natürlichen [[Satellit (Astronomie)|Trabanten des Mondes]] missverstanden werden. Ein | Der Begriff ''Mondsatellit'' könnte auch als Fachbegriff für einen natürlichen [[Satellit (Astronomie)|Trabanten des Mondes]] missverstanden werden. Ein solcher Trabant existiert jedoch nicht, da sein [[Umlaufbahn|Orbit]] nicht stabil wäre.<ref> {{Webarchiv|text=Der zweite Erdmond, Spezialfall 1: Mond um den Mond |url=http://www.wfs.be.schule.de/pages/Mondbeobachter/ZweiterMond/ZweiterMond.html |wayback=20160304185927 }}, Artikel auf der Website der [[Wilhelm-Foerster-Sternwarte]] e.V.</ref> | ||
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Aktuelle Version vom 7. Dezember 2021, 11:38 Uhr
Ein Mondsatellit ist eine Raumsonde oder ein Satellit, der als Orbiter in eine Umlaufbahn um den Erdmond gebracht wird.
Eine Mondumlaufbahn zu erreichen, ist eine durchaus anspruchsvolle Aufgabe der Raumfahrt, die schon beim Start ein hohes Maß an Steuerungstechnik erfordert. Aber noch komplexer ist das Manöver beim Abbremsen, das in der Umgebung des Mondes erforderlich ist, um die überschüssige Geschwindigkeit der Sonde abzubauen.
Erfordernisse zur Erreichung der Mondumgebung
Um am Mond schon nahe vorbeizufliegen, muss die Brennschlussgeschwindigkeit der obersten Raketenstufe auf etwa ein Promille genau eingehalten werden, weshalb z. B. die energetisch günstigen Feststoffraketen ausscheiden. Auch die Richtung des „Schusses“ auf wenige Hundertstel Grad einzuhalten (d. h. die Flugrichtung der Sonde beim Übergang von der Erdumlaufbahn zum Mondflug) sowie das Startfenster muss auf wenige Sekunden getroffen werden (wegen der veränderlichen Winkelstellungen im Erde-Mond-System).
Obwohl bereits in den ersten Jahren der Raumfahrt auf dem Mond Sonden hart landen sollten, gelang dies der UdSSR und den USA erst nach jeweils vier Fehlversuchen.
Denn anfangs war die Steuerung von Raketenstarts noch zu ungenau, sodass es – von Fehlstarts ganz abgesehen – statt des „direkten Schusses“ meist ein Vorbeiflug in 6.000 bis 60.000 km Entfernung wurde. Deshalb ging man in den 1960er Jahren dazu über, die Sonde zunächst auf eine Parkbahn um die Erde zu bringen. Erst nach genauer Bahnvermessung dieser Flugbahn errechnete man die erforderliche (positive) Geschwindigkeitskorrektur sowie Zeitpunkt und Brenndauer des Bahnmanövers für die Übergangsbahn zum Mond. Diese war so abzustimmen, dass die Sonde gleichzeitig an jenem Punkt der Mondbahn ankam, zu dem ihn der Mond selbst nach der erforderlichen Flugdauer erreichte.
Bahnmanöver zum Einschwenken in die Mondumlaufbahn
Um in einen Mondorbit einzuschwenken, ist der nächste kritische Moment das Brems- bzw. Bahnmanöver. Dieses Manöver muss auch nach Zeitpunkt, Richtung und Geschwindigkeitsänderung genau stimmen.
Eine von der Erde zum Mond fliegende Sonde muss nach dem Start annähernd die zweite kosmische Geschwindigkeit von 11,2 km/s erreichen, d. h. die zum Verlassen des Erdschwerefeldes erforderliche Fluchtgeschwindigkeit. Sie entspricht 140,7 % der Kreisbahngeschwindigkeit – d. h. die Geschwindigkeit in der Parkbahn ist um etwa 40 % oder annähernd 4000 Meter pro Sekunde zu erhöhen, was in einem Winkel etwa 90° quer zur Mondrichtung erfolgen muss.
Wenn die Sonde dann den schwerelosen Punkt zwischen Erde und Mond erreicht (aus Zeitgründen darf dies nicht zu langsam sein), beginnt sie „in Richtung Mond zu fallen“ und würde ungebremst um ihn „herumfallen“ oder mit etwa 2000 m/s auf ihm aufschlagen.
Die überschüssige Geschwindigkeit (kinetische Energie) wird durch Bremsraketen abgebaut, die genau in Richtung der Bahnbewegung zünden müssen. Wird genau richtig gebremst, so schwenkt die Sonde in den Mondorbit ein. Dies erfolgt in der Bahnebene, die sich aus der gegenseitigen Stellung von Erde und Mond beim Raketenstart, aus dessen Richtung (geografische Breite / Azimut) und der seither vergangenen Zeit ergibt.
Wissenschaftliche und technische Ziele von Mond-Orbitern
Mondsatelliten haben herausragende Bedeutung für die Selenografie (z. B. die Lunar Orbiters und Clementine) und die Selenodäsie (z. B. Lunar Prospector). Außerdem bieten Mondsatelliten den Vorteil, das Erdmagnetfeld aus relativ konstanter Entfernung zu beobachten (z. B. IMP-E). Ebenso vorteilhaft sind radioastronomische Experimente (z. B. RAE-B und Luna-19) in einer Mondumlaufbahn, da vor allem auf der erdabgewandten Seite keine störenden Radiowellen von der Erde empfangen werden. In der Mondumlaufbahn kann zudem mit mehreren Relay-Satelliten per Funk mit Objekten auf der Mondrückseite kommuniziert werden.[1]
Verwechselungsmöglichkeiten
Der Begriff Mondsatellit könnte auch als Fachbegriff für einen natürlichen Trabanten des Mondes missverstanden werden. Ein solcher Trabant existiert jedoch nicht, da sein Orbit nicht stabil wäre.[2]
Siehe auch
Literatur
- Hans Reichardt: Künstliche Erdsatelliten. Akad.-Verl., Berlin 1959
- Rainer M. Wallisfurth: Russlands Weg zum Mond. Econ, Düsseldorf 1964
Einzelnachweise
- ↑ Published: Friday, September 18, 2020: How do spacecraft communicate from the farside of the Moon? Abgerufen am 7. Dezember 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
- ↑ Der zweite Erdmond, Spezialfall 1: Mond um den Mond (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive), Artikel auf der Website der Wilhelm-Foerster-Sternwarte e.V.