GRAIL-A · Erde · Mond
Ein Niedrigenergietransfer, oder eine Niedrigenergietrajektorie, ist ein Kurs für ein Raumschiff im Weltraum, der es erlaubt die Umlaufbahn zu ändern und dabei signifikant weniger Treibstoff als traditionelle Transfers zu benötigen.[1][2] Diese Kurse funktionieren im Erde-Mond-System sowie in anderen Systemen wie zwischen den Jupitermonden. Als Nachteil benötigen diese Trajektorien mehr Zeit als Hochenergietransfers wie z. B. Hohmann-Transfers.
Niedrigenergietransfers sind auch als Trajektorien am schwachen Stabilitätsgrenzwert bekannt und schließen den ballistischen Einfang mit ein.
Niedrigenergietransfers folgen speziellen Kursen im Weltraum, die manchmal als Interplanetares Transportnetz bezeichnet werden. Diesen Kursen zu folgen erlaubt es große Entfernungen mit nur wenig Änderung der Geschwindigkeit, also wenig Delta v, zurückzulegen.
Beispielmissionen
BearbeitenDiese Missionen benutzten oder benutzen Niedrigenergietransfers:
- Hiten von der JAXA
- SMART-1 von der ESA
- Genesis von der NASA.[3]
- GRAIL von der NASA.[4][5]
- Danuri von der KARI[6]
- BepiColombo von ESA und JAXA[7]
- Capstone von der NASA
- SLIM von der JAXA
Diese vorgeschlagenen Missionen sollen Niedrigenergietransfers benutzen:
Geschichte
BearbeitenNiedrigenergietransfers zum Mond wurden erstmals 1991 von der japanischen Raumsonde Hiten gezeigt, die am Mond vorbeiflog ohne in Umlaufbahn um ihn einzutreten. Der Kleinsatellit Hagoromo wurde beim ersten Vorbeiflug von Hiten abgetrennt und ist möglicherweise erfolgreich in Orbit um den Mond eingetreten, erlitt aber ein Defekt im Kommunikationssystem.
Als Edward Belbruno und James Miller vom Jet Propulsion Laboratory vom Defekt erfuhren, halfen sie dabei die Mission zu retten, indem sie eine ballistische Einfangtrajektorie entwarfen, die es ermöglichte die Hauptsonde Hiten selbst in Umlaufbahn um den Mond zu bringen. Die für Hiten entworfene Trajektorie benutzte die Theorie des schwachen Stabilitätsgrenzwerts und benötigte nur eine kleine Störung der elliptischen Vorbeiflugbahn, die klein genug für das Antriebssystem der Raumsonde war.[1] Dieser Kurs führte dazu, dass das Raumfahrzeug vorübergehend in Umlaufbahn um den Mond eintrat. Er benötigte dafür Null Delta v, dauerte aber fünf Monate, statt der üblichen drei Tage für den Hohmann-Transfer.[8]
Einsparungen in Delta v
BearbeitenMan spart 25 % Delta v von einer niedrigen Erdumlaufbahn zu einer Mondumlaufbahn verglichen mit dem traditionellen retrograden Manöver der Translunar Injection. Damit kann die Nutzlast verdoppelt werden.[9]
Robert Farquhar hat einen Kurs über 9 Tage von einer niedrigen Erdumlaufbahn zum Mondeinfang beschrieben, der 3,5 km/s braucht.[10] Belbrunos Kurs von einer niedrigen Erdumlaufbahn braucht 3,1 km/s für die Translunar Injection, eine Einsparung in Delta v von 0,4 km/s. Aber letzterer braucht keinen großen Delta v nach dem Verlassen des Erdorbits, was aus operationeller Sicht vorteilhaft sein kann, wenn die Anzahl der Zündungen der Oberstufe begrenzt ist.[11]
Für Rendezvous mit den Marsmonden betragen die Einsparungen 12 % für Phobos und 20 % für Deimos. Nur Rendezvous werden angepeilt, weil die Pseudo-Umlaufbahnen um die Marsmonde nur kurze Zeit näher als 10 km von den Oberflächen führen.[12]
Siehe auch
BearbeitenEinzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b Edward Belbruno: Capture Dynamics and Chaotic Motions in Celestial Mechanics: With Applications to the Construction of Low Energy Transfers. Princeton University Press, 2004, ISBN 978-0-691-09480-9, S. 224 (englisch, princeton.edu).
- ↑ Edward Belbruno: Fly Me to the Moon: An Insider's Guide to the New Science of Space Travel. Princeton University Press, 2007, ISBN 978-0-691-12822-1, S. 176 (englisch, archive.org).
- ↑ Interplanetary Superhighway Makes Space Travel Simpler // NASA 07.17.02: "Lo conceived the theory of the Interplanetary Superhighway. Lo and his colleagues have turned the underlying mathematics of the Interplanetary Superhighway into a tool for mission design called "LTool," ... The new LTool was used by JPL engineers to redesign the flight path for the Genesis mission"
- ↑ GRAIL Design at MIT Website. Abgerufen am 22. Januar 2012 (englisch).
- ↑ Spaceflight101 GRAIL Mission Design. Archiviert vom am 19. Juli 2012; abgerufen am 22. Januar 2012 (englisch).
- ↑ Danuri all set for Korea's first moon exploration. In: www.kari.re.kr. 6. Juni 2022, abgerufen am 30. Juli 2022 (englisch).
- ↑ BepiColombo overview. In: www.esa.int. Abgerufen am 3. Dezember 2019 (englisch).
- ↑ Adam Frank: Gravity's Rim. In: Discover. September 1994 (englisch, discovermagazine.com).
- ↑ Edward A. Belbruno, John P. Carrico: Calculation of Weak Stability Boundary Ballistic Lunar Transfer Trajectories. AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference, 2000 (englisch).
- ↑ Robert Farquhar: THE UTILIZATION OF HALO ORBITS IN ADVANCED LUNAR OPERATIONS. In: www.lpi.usra.edu. 1971, abgerufen am 2. August 2020 (englisch).
- ↑ Jeffrey Parker, Rodney Anderson: Low-Energy Lunar Trajectory Design. 2014, ISBN 978-1-118-85531-7, S. 24 (englisch, google.com).
- ↑ A. L. Genova, S. V. Weston, L. J. Simurda: Human & robotic mission applications of low-energy transfers to Phobos & Deimos. 2011, archiviert vom am 25. April 2012 (englisch).