Missionen die Swing-Bys an Venus und Erde durchführten – Teil 2

Heute erneut, aus Zeit- und Synergiegründen ein Teil eines neuen Aufsatzes auf der Website als Blog. Heute kommen die letzten Missionen dran, gestern die ersten.

CONTOUR war die erste Raumsonde bei der die Erde genutzt werden sollte, damit sie zwei Ziele erreicht. Nach einem Start war geplant die Erde nach einem Jahr erneut zu passieren. Der Vorbeiflug in 58.000 km Höhe führt dann zu einer Bahn mit einer höheren Inklination, die es erlaubt den Kometen Encke zu erreichen. Ein weiteres Jahr später passiert sie erneut die Erde in einer größeren Entfernung von 40.170 km. Sie führt zu einer Bahn die zweimal die Erdbahn pro Jahr kreuzt. Es schließen sich zwei Vorbeiflüge am 2.9. an (die bisherigen waren am 15.8). Auch diese finden in größerer Distanz von 218.770 km und 30.000 km statt. Sie verändern nicht die Umlaufdauer, drehen aber die Bahn, da sich der zweite Komet Schwassmann-Wachmann auf der anderen Seite der Sonne befindet. Vorgesehen waren also nicht weniger als vier Erdflybys. Auch hier musste mit Treibstoff dafür gesorgt werden dass man die Erde am richtigen Punkt passiert. Er hätte sogar für einen weiteren Vorbeiflug an dem Kometen D’Arrest ausgereicht. Daher waren auch mehrere Vorbeiflüge in großer Distanz nötig, da ein einziger in naher Distanz die Umlaufperiode von einem Jahr zu stark verändert hätte. Die Sonde verstummte aber als ihr eigener Antrieb gezündet wurde.

Datum	Ziel	Distanz	Bemerkung
3.7.2002	Erde	214 × 106686 km × 29.8 Grad	Start in eine Erdumlaufbahn
15.8.2004	Erde	58.000 km	Erhöhung der Inklination
12.11.2003	Encke	100 km	Erster Kometenbesuch
14.8.2004	Erde	40.180 km	Drehung der Bahn
10.2.2005	Erde	218.770 km	Drehung der Bahn
10.2.2006	Erde	30.000 km	Drehung der Bahn
19.6.2006	Schwassmann-Wachmann 3	200-300 km	zweiter Kometenbesuch

Deep Impact zeigte wie Stardust, dass man Missionen die schon ihre Aufgabe erfüllt hat ohne viel Triebstoff zu verbrauchen nochmals nutzen kann. Deep Impact startete zu dem Kometen Tempel 2 und setzte dort einen Impaktor ab, dessen Aufschlag beobachtet wurde. Drei Vorbeiflüge an der Erde brachten die Raumsonde auf einen Kurs zum Kometen Hartley 2, der fünfeinhalb Jahre nach dem Start erreicht wurde.

Datum	Ziel	Distanz	Bemerkung
12.1.2005	Erde		Start
4.7.2005	Tempel 1	500 km	erster Kometenbesuch, Impaktor abgesetzt
31.12.2007	Erde	15.586 km
10.2.2005	Erde	43.350 km
10.2.2006	Erde	36.900
19.6.2006	Hartley 2	700 km	zweiter Kometenbesuch

Dawn ist dagegen ein Beispiel, dafür dass man mitnimmt was man bekommen kann. Die Raumsonde setzt erstmals Ionentriebwerke ein, um die Bahn fundamental zu verändern. Das geschah schon vorher, aber noch nicht in diesem Maße. 11 km/s werden sie die Raumsonde beschleunigen und später bremsen. Da sind die 1,166 km/s die ein naher Marsvorbeiflug im Februar 2009 einbrachte recht wenig, aber er lag eben gerade auf dem Weg. Mars ist viel kleiner als Erde und Venus und kann daher die Geschwindigkeit nicht so sehr beeinflussen. Eventuell gehören Ionentriebwerken die Zukunft, denn sie können dieselben Geschwindigkeitsänderungen wie 3-4 Fly Bys durchführen, doch ist man nun unabhängig von den Planetenkonstellationen und die Reisezeiten sind auch vergleichbar.

Rosetta war auch nur möglich durch zahlreiche Vorbeiflüge an der Erde um Mars. Ursprünglich sollte die Raumsonde den Kometen Wirtanen erreichen. Als der Start um ein Jahr verschoben wurde, fand man ein neues Ziel. Die folgende Tabelle zeigt, dass die Veränderungen, aber auch, dass durch bordeigenen Treibstoff es Spielräume im Flugplan gibt.

Datum	Ereignis	Geschwindigkeitsänderung
13.1.2003	Start	11.700 m/s
26.8.2005	Marsvorbeiflug 200 km Entfernung	1.530 m/s
28.11.2005	Erdvorbeiflug in 4500 km Entfernung	3.500 m/s
11.6.2006	Passage des Planetoiden Ottawa in 2200 km Entfernung
28.7.2007	Erdvorbeiflug in 1.270 km Entfernung	3.700 m/s
Mai 2012	Ankunft bei Wirtanen

Der neue Flugplan ist nun länger, hat einen Vorbeiflug an der Erde mehr, erlaubte aber auch zwei Asteroiden zu besuchen.

Datum	Ereignis	Geschwindigkeitsänderung
2.3.2004	Start	11.586 m/s
4.3.2006	Erdvorbeiflug in 1.355 km Entfernung
27.2.2006	Marsvorbeiflug in 200 km Entfernung	1.300 m/s
13.11.2007	Erdvorbeiflug in 5.301 km Entfernung	3.700 m/s
5.9.2008	Vorbeiflug an Steins in 800 km Entfernung
11.11.2009	Erdvorbeiflug in 2480 km Höhe	gesamt (alle Manöver): 8700 m/s
10.7.2010	Vorbeiflug an Lutetia in 3160 km Entfernung
Mai 2014	Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko erreicht

Auch hier sehen wir im Alternativplan einige Gemeinsamkeiten: Zuerst der Start in eine Bahn die die Sonde nach einem Jahr wieder zur Erde zurückführt. Der zweite Erdvorbeiflug führt dann zu einer Zweijahresbahn. Geometrisch war der erste Plan günstiger, da hier der Marsvorbeiflug nach dem Start erfolgte, er erlaubte es eine Erdpassage einzusparen, da er zusammen mit einer etwas größeren Startenergie schon zur Bahn mit fast zwei Jahren Umlaufszeit führte.

Hayabusa nutzte ebenfalls die Erde für ein Swing-By die fast zwei Jahre nach dem Start passiert wurde. Bei der ebenfalls japanischen Raumsonde Nozomi wurde ein Swing-By an der Erde nötig als eine Triebwerkszündung bei einem Mond-Swingby nicht erfolgte.

30 Jahre nach Mariner 10 nutzte auch Messenger die Venus für Swing-Bys. Anders als Mariner 10 führte Messenger aber zuerst ein Jahr nach dem Start einen Erd-Swingby aus. Er erniedrigte das Perihel sodass die Sonde dann zweimal die Venus passierte. Weitere drei Vorbeiflüge an Merkur bremsten die Sonde dann soweit ab, dass sie in eine Umlaufbahn einschwenken konnte. Diese insgesamt sechs Vorbeiflüge an Planeten stellen bis heute den Rekord. Sie ergeben sich zuerst aus dem Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Umlaufsbahn von Merkur und der Erdbahn, aber auch dem Tatbestand, dass Merkur ein kleiner Himmelskörper ist. Er kann die Sonde pro Vorbeiflug nur wenig abbremsen. Daher sind drei Vorbeiflüge nötig. Der Preis war eine Reisezeit von fast 7 Jahren und es waren fünf größere Kurskorrekturen nötig,

Datum	Ereignis	Geschwindigkeitsänderung
3.8.2004	Start	11.586 m/s
3.8.2005	Erdvorbeiflug in 2.347 km Entfernung	5966,3 m/s
24.10.2006	Venusvorbeiflug in 2.990 km Entfernung	5522.5 m/s
6.6.2007	Venusvorbeiflug in 338 km Entfernung	6937,8 m/s
14.1.2008	Merkurvorbeiflug in 200 km Entfernung	2304,0 m/s
6.10.2008	Merkurvorbeiflug in 200 km Entfernung	2452,2 m/s
29.9.2009	Merkurvorbeiflug in 228 km Entfernung	2853,5 m/s
18.3.2011	Einschwenken in den Merkurorbit	859,4 m/s

Deutlich wird wie viel die Fly-Bys gebracht haben. Allerdings wurde mit den fünf Bahnkorrekturen in dieser Zeit weitaus mehr Treibstoff verbraucht als für das einschwenken in den Orbit 1038 m/s Geschwindigkeitsänderung gegenüber 860 m/s zumal ja diese Manöver vor dem Einschwenken in den Orbit stattfanden, also noch den Treibstoff für das Einschwenken mit bewegen mussten.