Die glorreichen 10 – Satellitenrekorde

Ich denke, es wird mal wieder Zeit für etwas leichte Unterhaltung die etwas Wissen vermittelt. Also einen Blog über 10 Rekorde bei Satelliten, die ihr vielleicht noch nicht kennt. Um eines klarzustellen – es geht nur um Satelliten. Raumsonden sind außen vor, weil bei ihnen vieles anderes ist, so kann eine Raumsonde im interplanetaren Raum nicht verglühen, also zumindest nicht nach menschlichen Zeitmaßstäben.

Meine Datenbasis ist Jonathan McDowells Datensammlung. Derzeit muss ich mein Programm dafür gerade umarbeiten, weil er wieder was an der Struktur geändert hat und das war auch der Grund warum ich darauf kam. Es gibt anders als beim TV-Format „Die Glorreichen 10“ keine Rangfolge, sondern einfach 10 Fakten.

Der leichteste Satellit

Da komme ich schon zu einer Beschränkung von McDowells Datenbasis – seine Massenangaben sind nur auf die erste Dezimalstelle vor dem Komma genau, also eine kleinere Masse als 1 kg gibt es nicht. Wer vom Fach ist, der wird jetzt so was denken wie „Na dann mal viel Glück, bei der Schwemme an Cubesats in den letzten Jahren“. Cubesats sind standardisierte Satelliten, gedacht, dass Studenten auch einen Satelliten bauen und betreiben können, bei größeren Satelliten fehlt Uniinstituten oft das Geld. Inzwischen kann man sie sogar aus Einzelteilen zusammenbauen, es gibt einen Cubesat Shop. Der kleinste ist der 1U (Unit) Cubesat mit 10 x 10 x 10 cm Größe und maximal 1 kg Gewicht. Diese Satelliten wurden in den letzten Jahren in großen Stückzahlen gestartet. Die Grafik zeigt dies: es gab anfangs einige leichte Satelliten, weil in der Anfangszeit der Raumfahrt Träger mit kleiner Nutzlast gestartet wurden, dann lange Zeit fast keine Starts kleiner Satelliten und seit dem Jahr 2000 hat diese Gruppe enorm zugelegt.

Die Erfolgsquote ist übrigens recht gering, obwohl die meisten Starts nach 2000 erfolgten liegt sie nur bei 88,3 %. 369 Nutzlasten mit 1 kg Masse listet Jonathan McDowell, es sind meiner Ansicht mehr, denn bei vielen gibt es schlicht und einfach keine angaben.

Hier einen Cubesat herauszusuchen wäre unfair, doch wenn man sich die Grafik anschaut, sieht man ganz links einen Balken – das sind 6 Nutzlasten eines lange Zeit geheimen Projektes wo man von einer A-6 aus eine Rakete abfeuerte, die den Orbit erreichen sollte. Kein einziger Start glückte. Mehr darüber auf der Website.

Der schwerste Satellit

Man sollte meinen, das wäre eine einfache Frage. Ist es aber nicht. Seit es wiederverwendbare Raumfahrzeuge gibt, muss man unterscheiden zwischen einem Satelliten und der Raumfähre. Ist eine Raumfähre, die von der Funktion her nur eine wiederverwendbare Oberstufe ist, ein Satellit? Sie kann es sein, wenn sie Experimente an Bord hat und eine Mission, sie kann aber auch nur ein Vehikel sein, das einen Satelliten aussetzt, wie eine Oberstufe. Ist man der Meinung, dass eine Raumfähre kein Satellit ist so ist die schwerste Nutzlast Skylab, das übrigens bei McDowell mit der falschen Masse auftaucht. Skylab wog 77.030 kg als es gestartet wurde. Nimmt man die Space Shuttles hinzu, so ist die schwerste Nutzlast die Columbia bei STS-109, die vom 1.3. bis 12.3.2002 im Orbit war. Columbia ist sowieso die schwerste Fähre. Diese Mission ist die schwerste, weil alle Experimente fest im Nutzlastraum montiert wurden. Nimmt man Missionen hinzu, bei denen die Shuttles etwas aussetzten, so ist die schwerste Nutzlast die Mission, bei der das US-Labor Destiny ausgesetzt wurde, mit 112.354 kg Gesamtmasse Die Starships könnten das schlagen, denn sie haben massives Übergewicht, sonst wäre die Nutzlast nicht so gering. Bisher hat aber noch keines einen Orbit erreicht.

Am längsten im Orbit

Ist noch immer Vanguard I der am 17.3.1958 startete. Bedingt durch das Flugprofil der Trägerrakete erreichte der Satellit einen Orbit von 657 x 3.935 km Höhe. Schon eine Bahnhöhe von 657 km hat eine Lebensdauer von einigen Jahrzehnten. Da das Perigäum aber noch weiter hinausreicht, befindet sich Vanguard 1 heute in einem 651 x 3820 km Orbit. Das Perigäum ist also nur um 3 km abgesunken, das Apogäum um 115 km.

Am kürzesten im Orbit

Hier komme ich zu einem anderen Problem von McDowells Datenbasis. Die Startdaten sind mit Uhrzeit, die Daten für das Verglühen oft nur auf 1 Tag genau. Er listet immerhin 168 Missionen, die nur 1 Tag im All blieben. Die zeitlich erste ist der ARD, nein das ist keine Medienanstalt, das ist eine Kapsel, die die ESA beim zweiten Ariane 5 Testflug startete, aber auf einer suborbitalen Bahn aussetzte. ARD steht für Atmospheric Reentry Simulator. Da fiel mir ein, das es zahlreiche bemannte Missionen gab, die kürzer als einen Tag waren – Juri Gagarins Flug, die Mercuryflüge bis auf den letzten und Gemini 3. Der Grund, warum sie nicht in der Liste auftauchten war, weil hier ausnahmsweise das Reentrydatum minutengenau eingetragen ist und ich als Selektionskriterium nur ganze Tage habe – wird noch korrigiert. Der kürzeste Flug unter diesen war der von Gagarin. Rein technisch betrachtet hat er keinen vollständigen Orbit durchlaufen weil der Wiedereintritt schon vor Ende des ersten Umlaufs begann. Kürzer gehts nicht.

Das niedrigste Perigäum

Also bei Satelliten ,die keinen Fehlstart hatten (da liegt das Perigäum immer niedrig. Der geneigte Leser befindet sich z.B. auf einer Umlaufbahn mit den Bahndaten -6378 x 0 km, also wenn die Erde nur ein Punkt wäre. Bei der Suche fand ich dann sehr viele Nutzlasten die „Off-Perigee“ gestartet wurden. Darunter versteht man folgendes: Eine Nutzlast gerät in einen ersten Orbit dessen Perigäum sehr tief liegt, eventuell unter der Erdoberfläche. Beim ersten Durchlaufen des (meist sehr hohen) Apogäum wird der Orbit angehoben, dass machte die USAF mit zahlreichen Satelliten die einen GEO oder höher gelangten. Auch Raumsonden, welche die Erde verlassen, wurden so gestartet so Mainer 6 und Flow deren Perigäum bei 90 und 80 km lag. Dann tauchen die Missionen Apollo 4 und 6auf, mit einem Perigäum von 28 und 33 km – die sollten ja wieder eintreten, um den Hitzeschutzschild zu erproben. Es gibt aber zwei Satelliten mit einem Perigäum unter 100 km: Da ist der Wettersatellit DMSP 11534, der am 19.2.1976 startete, netterweise mit einer Thor Bunrer IIA, sodass ich hier mal meinen Text aus dem aktuellen Buchmanuskript für die thor und Delta kopierte:

Der letzte Start einer Thor Burner 2A schlug wieder fehl. Die Ursache war kurios. Da die Oberstufen mit festem Treibstoff einen festen Gesamtimpuls hatten, also die Geschwindigkeit um einen fixen Betrag erhöhten, musste die Thor abgeschaltet werden, sobald eine vorher festgelegte Geschwindigkeit erreicht war. Man tankte die Thors nicht voll auf, weil ungenutzter Treibstoff im Prinzip Totgewicht war. Andererseits würden die Satelliten keinen Orbit erreichen, wenn man zu wenig Treibstoff tankte. So gab es eine geringe Sicherheitsreserve. Den Sauerstofftank füllt man immer komplett, wahrscheinlich weil es schwer war, die Verluste durch Verdampfen genau zu quantifizieren. Ab diesem Start wurde der normale Treibstoff RP-1 (Rocket Propellant 1) durch RJ-1 (Ram Jet 1) ersetzt, da dieser Treibstoff etwas dichter ist. Dies war nötig, weil die Satelliten etwas schwerer wurden. In den Begleitpapieren wurde aber ein falsches Mischungsverhältnis von RJ-1 zu LOX für das Triebwerk angegeben. Dadurch wurde das RJ-1 vorzeitig verbraucht und die Thor entließ die Burner 2A bei zu geringer Geschwindigkeit. Der Satellit DMSP Block 5C F3 gelangte in eine 81 x 360 km hohe Umlaufbahn, das niedrige Perigäum führte zum Verglühen nach einem Umlauf.

Nur eine einzige Nutzlast mit einem gezielt weniger als 100 km hohen Perigäum gab es. Das war ein Gambit Fotoaufklärer der am 19.5.1964 mit einer Atlas Agena D in einen 90 x 337 km Orbit geschossen wurde und am 22.5. seine Mission abschloss. Normal ist das unterhalb 150 km Höhe sich ein Satellit maximal 1 Tag im Orbit halten kann, darunter steigt die Abbremsung rapide an. Der Gambit profitierte vom hohen Apogäum und er hatte Treibstoff an Bord um den Orbit zu stabilisieren. Das niedrige Perigäum gehörte zur Aufgabe. Die Gambits der ersten Generation konnten aus dieser Höhe noch 90 cm große Details abfotografieren.

Der niedrigste kreisförmige Orbit

Also der niedrigste annähernd kreisförmige Orbit hatte meinen Daten nach Kosmos-249 der am 20.10.1958 mit einer Zyklon 2A um 4:02 startet und schon um 7:33 wieder eintrat. Leider haben die Trump-Einsparungen auch die Website der NASA mit Informationen zu Satelliten lahmgelegt (https://www.nasa.gov/nssdc/) so kann ich über den Sinn nur spekulieren. Die Zyklon wurde zu dieser Zeit sehr häufig für Tests von FOBS eingesetzt. FOBS (Fractal Orbtal Bombard system) war ein Versuch die Frühwarnanlagen der USA auf Alaska und Grönland zu umgehen, indem man einen Sprengkopf nach Süden startete in eine Erdumlaufbahn, die man aber bei Erreichen der USA wieder verließ. Vielleicht scheiterte dies bei diesem Sprengkopf und er verblieb in einem Orbit, in dem er sich aber nur 3 Stunden halten konnte.

Das höchste Perigäum

Satelliten mit einem Perigäum oberhalb des GEO sind relativ selten. Es gibt nur 18 Satelliten deren Perigäum höher als 100.000 km liegt. Die meisten davon sind VELA Überwachungssatelliten, die Nuklearexplosionen nachweisen sollten. Dazu kommen je zwei Solrad und IMP Forschungssatelliten, die das interplanetare Magnetfeld und die Strahlung der Sonne untersuchten und sich daher außerhalb des Erdmagnetfeldes befinden sollten. Die Rekordhalter sind aber sehr jung. Das sind Lunar IceCube in einem 379.169 × 1.000.000 km × 32,83 ° Orbit und EQUULEUS in einem 741.880 × 1.004.192 km × 20,66 ° Orbit, beide mit Artemis 1 am 16.11.2022 gestartet.

Das höchste Apogäum

Also wenn man Raumsonden ausnimmt, da sie die Erde verlassen so fallen mir spontan alle Missionen zum Mond ein, die ja mindestens die Entfernung des Mondes (im Mittel 376.000 km von der Erdoberfläche entfernt) ein. Es gibt aber einige, die sind noch weitaus weiter hinaus ins All gereist. Es gibt 25 Nutzlasten, deren Apogäum in mindestens 1 Million km Entfernung von der Erde liegt. Die Rekordhalter sind ESCAPADE 1+2 die in einen 200 x 4 Millionen km Orbit gelangten, beim zweiten Start der New Glenn am 13.11.2025. Seitdem verändern sie die Bahn mit ihrem eigenen Antrieb und haben schon das Perigäum auf über 90.000 km angehoben.

Die größte Spannweite

Bei der Größe eines Satelliten gibt es naturgemäß drei Dimensionen – Länge, Höhe und Breite. Als sinnvollsten nehme ich daher die Maximalausdehnung oder Spannweite und es gab tatsächlich 32 Nutzlasten die eine Spannweite von 100 m oder mehr hatten. Die meisten davon wegen Auslegern, vor allem Antennen. Um den Mond kreist z.B. der RAE-B, mit Antennen die eine Spannweite von über 400 m haben. Die beiden Rekordhalter sind der Magnetosphäre IMAGER mit zwei je 250 m langen Antennen und zwei Cubesats die mit einem 1 km langen Draht verbunden sind TEPCE (Tether Electrodynamics Propulsion CubeSat Experiment). Sie gelangten am 25.6.2019 in einen 297 x 848 km Orbit. Am 19.11.2019 wurde das Seil entspannt und danach verloren die Satelliten schnell an Höhe und verglühten am 1.2.2020. Das war auch Zweck des Experiments. Man wollte erproben ob man mit der Technik Satelliten abbremsen kann um sie nach Missionsende schneller zu deorbitieren.

Der größte Satellit

Nimmt man solche Satelliten mit Auslegern aus, so gibt es doch einige große Objekte. Alle Space Shuttles hatten eine Länge von 27,2 m und eine maximale Breite von 23,8 m. Skylab ist mit 36,2 m Länge und 27 m Spannweite noch größer. Die Starships sind noch länger – 50 m, haben aber nur 9 m Durchmesser. Die Rekordhalter, wenn man alle drei Dimensionen in Betracht zieht, sind aber die beiden Satelliten Echo 1+2 mit 30 und 41 m Durchmesser und der 30 m große Ballonsatellit Pageos. Die Echo 1+2 Satelliten wurden wie der Name schon sagt als passive Kommunikationssatelliten gestartet, das reflektierte Echo wurde empfangen. Die Methode wurde bald von Satelliten mit aktiven Sendern abgelöst. Man beobachtete aber, dass die Satelliten die große Ballons waren, sehr schnell abgebremst worden. Normale Satelliten würden in der Entfernung immer noch die Erde umkreisen. Der Satellit Pageos wurde dann gestartet, um dies zu vermessen. Gestartet am 24.6.1966 in einen knapp 3 .978 × 4.496 km × 87,01 ° Orbit trat Pageos am 2.9.2016 wieder in die Erdatmosphäre ein – er wog nur 67 kg, der Ballon hatte aber 30 m Durchmesser

Die am meisten frequentierte Startrampe

Ist LC31 von Baikonur mit 522 Starts. Es folgen weitere russische Startkomplexe LC1 mit 496 Starts, LC41/15 mit 357 Starts. Ich denke aber in wenigen Jahren wird LC40 sie überholt haben. Die ersten drei sind Sojus Startplätze in Baikonur, LC40 ist ein ehemaliger Titan III/IV Startplatz in Cape Canaveral. Seit 2010 startet dort die Falcon 9 und bisher gab es 351 Starts von dieser Rampe aus. Bei der Flugrate der Falcon 9 wird in wenigen Wochen sie auf Platz 3 aufrücken und ein einigen Jahren auf Platz 1 landen, wenn SpaceX dies auch nicht so gerne sieht, denn eigentlich sollte ja das Starship die Falcons ablösen.

Damit sind wir bei 10 Rekorden, als Goodie gibt es aber noch einen elften:

Die am häufigsten eingesetzte Trägerrakete

ist die R-7 Familie. Zu ihr gehören die Versionen Sputnik (ohne Oberstufe), Wostok/Luna (mit kleiner Oberstufe), Woschod/Sojus (mit großer Oberstufe) und Molnija (mit zwei Oberstufen). Zusammen sind dies 1958 Starts, selbst wenn man sich auf die Sojus/Woschod (die beiden Namen stehen nicht für technische Unterschiede sondern dienten mehr der Verwirrung der USA) beschränkt sind es 1635 Starts.