Die Lösung für ein überflüssiges Problem: Himmelskörper auf denen eine Sonde mit Ionenantrieb landen kann

Die Landung von Philae mit ihren zwei Hüpfern zeigte, dass es nicht so einfach ist auf einem kleinen Himmelskörper mit geringer Gravitation zu landen. Auch die Landung von Hayabusa auf Itokawa war nicht erfolgrich. Es kamen zwar einige Staubteilchen durch den aufgewirbelten Staub in die Rückkehrkapsel, aber die eigentliche Bodenprobengewinnung scheiterte. Während es also problematisch ist mit chemischen Antrieb abzubremsen und sich zu verankern wären sie doch ein ideales Ziel für eine Sonde mit Ionenantrieb. Sie haben die geringen Schübe die man braucht um dort zu navigieren ohne glaich übers Ziel wortwörtlich „hinauszuschießen“.

Ich möchte heute mal berechnen wie groß ein Himmelskörper sein muss, damit eine Raumsonde mit Ionenantrieb dort landen und wieder starten kann. Die Beziehungen sind sehr einfach:

Die Gravitationskraft als Schwerebeschleunigung ist definiert nach : Continue reading „Die Lösung für ein überflüssiges Problem: Himmelskörper auf denen eine Sonde mit Ionenantrieb landen kann“

Ein Nachruf auf Phobos-Grunt

Am Montag schloss sich das Startfenster für Phobos Grunt. Inzwischen gibt es auch inoffizielle Verlautbarungen, dass die Mission gescheitert sei. Ich habe mich mit der Kommentierung zurückgehalten, weil ich das noch abwarten wollte, schließlich war lange Zeit nichts genaues zu erfahren, was allerdings meist ein schlechtes Zeichen ist. Wenige Tage nach dem Start verlautbarte nur, dass die Raumsonde im Erdorbit aktiv sei und funktionsfähig, nur eben nicht die Triebwerke zünden könnte. alle Kontaktversuche scheiterten bisher. Continue reading „Ein Nachruf auf Phobos-Grunt“

Chemischer Antrieb und Ionentriebwerke – Ein Vergleich

Der eine oder andere hat es vielleicht schon gemerkt: Ich bin ein Fan von Ionentriebwerken. Sie erlauben es den Treibstoffverbrauch radikal zu reduzieren wenn man erst einmal eine Erdumlaufbahn erreicht hat. Ich habe mir heute mal eine Beispielsrechnung ausgedacht wo ich beide Konzepte – chemischer und Ionenantrieb vergleichen will. Es soll nicht um eine konkrete Mission gehen, sondern ein grundlegendes Rechenbeispiel.

Damit man beides Vergleichen kann, muss man die Bedingungen festklopfen. Die Mission soll eine hypothetische Raumsonde sein. Sie fliegt von der Erde zum Mars. Gelangt dort in eine Umlaufbahn, passt diese zuerst so an, dass sie Phobos erreicht, dann setzt sie dort einen Lander aus, der Bodenproben entnimmt und fliegt dann zu Deimos, wiederholt dort das Spiel und fliegt mit den Bodenproben zurück zur Erde. Eine Abbremsung in einen Orbit um die Erde ist nicht vorgesehen.

Die Sonde mit dem chemischen Antrieb gibt die Bedingungen vor. Sie soll mit einer Sojus 2 gestartet werden (Startgewicht: 1.600 kg zum Mars). Die wichtigste Rahmenbedingung, die die Sonde mit chemischen Antrieb vorgeben kann, ist die Reisedauer: Bei chemischen Antrieben liegt sie aufgrund der Himmelsmechanik fest: Der Rückstart muss 1 Marsjahr nach dem Start erfolgen. Zusammen mit der Reisedauer in einer Hohmannbahn kommt man so auf eine Gesamtreisedauer von 32-34 Monaten. Bei Ionentriebwerken kann man in Maßen Gewicht durch längere Reisedauern erkaufen. Daher soll am Mars jeweils bei Deimos und Phobos eine minimale Aufenthaltsdauer von 3 Monaten möglich sein.

Zur Vereinfachung der Rechnung sollen die Manöver bei Phobos und Deimos nicht einbezogen werden, auch soll die zusätzlich mitgeführte Nutzlast (Bodenproben) und der Verbrauch an Treibstoff zur Landung genau entsprechen. Aerobraking, sofern möglich wird genutzt (in meiner Rechnung habe ich das aber nur bei dem chemischen Antrieb gemacht, da Ionentriebwerke nicht so lange brauchen wie das Aerobraking dauern würde. Continue reading „Chemischer Antrieb und Ionentriebwerke – Ein Vergleich“

Ab zu Phobos und Deimos

Etwas verspätet nun der Teil 3 des Alternativmodells zum 1.5 Milliarden Euro Vorschlag des deutschen Mars- und Mondprogramms, derzeit vorliegt. Wie beim Mond und Venus soll Hauptzweck sein, bestehende Hardware zu nutzen und die Forschung sinnvoll zu ergänzen.

Beim Mars fällt mir da sehr wenig ein. Sieht man sich die instrumentelle Ausrüstung von MRO und dem MSL an, dann ist es schwer diese zu ergänzen. Vor allem wenn man sieht, welche Möglichkeiten der Datenübertragung der MRO hat. Aber es gibt beim Mars auch noch „weiße Flecken“ auf der Landkarte: Die beiden Marsmonde Phobos und Deimos. Sie sind recht klein, Phobos als der Größere hat einen maximalen Durchmesser von gerade mal 27 km. Aber sie haben andere Vorteile: Es sind eingefangene Asteroiden und viel leichter erreichbar als die des Hauptgürtels. Um zu diesen zu gelangen braucht Dawn mehrere Jahre. Am Mars ist man in wenigen Monaten und durch das Gravitationsfeld des Planeten muss auch weniger Energie aufgewendet werden um zu den Monden zu kommen.

Es ist ja seit langem die Phobos-Grunt Mission im Gespräch, die zu Phobos fliegen soll und Bodenproben zurück zur Erde bringen. Ich bin für eine ausführlichere In-Sito Untersuchung – ich sehe keinen Grund von zwei Asteroiden Bodenproben zu nehmen – schließlich fallen jedes Jahr Meteorite mit demselben Ursprung auf die Erde und können untersucht werden. Warum sollten sich Phobos und Deimos von so vielen Steinasteroiden in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden? Continue reading „Ab zu Phobos und Deimos“