{"id":12170,"date":"2016-12-08T12:30:31","date_gmt":"2016-12-08T11:30:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=12170"},"modified":"2016-12-08T12:30:31","modified_gmt":"2016-12-08T11:30:31","slug":"gravitationsverluste-bei-niedrigschubbahnen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2016\/12\/08\/gravitationsverluste-bei-niedrigschubbahnen\/","title":{"rendered":"Gravitationsverluste bei Niedrigschubbahnen"},"content":{"rendered":"<p>Ich habe nun mein Programm f&uuml;r Bahnberechnungen um einen Punkt erweitert, um auch Niedrigschubbahnen f&uuml;r Satelliten zu berechnen. Ich hatte zwar schon einen f&uuml;r Ionentriebwerke, doch der hat zum einen spezifische Eingangsparameter, die man nur f&uuml;r Ionentriebwerke braucht und nicht f&uuml;r Satelliten, zum andern wird man Ionentriebwerke wegen ihrer langen Brennzeit dauernd betrieben. Satellitentriebwerke dagegen nur kurz. Auf die Idee kam ich eigentlich durch meine Erg&auml;nzungen zum Vega Buch.<\/p>\n<p>Eine der Dinge, die vor allem die DLR immer wieder betonte war, ja die Abh&auml;ngigkeit von deinem ukrainischen Triebwerk. Deswegen gab es auch zwei Studien in Auftrag, ob man nicht eine eigene Stufe bauen k&ouml;nnte, die das AVUM und den Zefiro 9 ersetzen k&ouml;nnte. Ich wollte wissen, ob nicht auch ein 400-N-Satellitenantrieb anstatt dem 2.500 N-Antrieb reichen w&uuml;rde. Res&uuml;mee: Bei vielen niedrigen Bahnen reicht, wie bisher, eine Z&uuml;ndung im Apog&auml;um aus, um eine kreisf&ouml;rmige Bahn innerhalb der im Users Manual angegebenen Toleranzen zu erreichen. Bei h&ouml;heren Bahnen k&ouml;nnen zwei n&ouml;tig sein, sonst rutscht das Apog&auml;um zu stark hoch. Das verl&auml;ngert dann die Mission um rund 100 Minuten.<\/p>\n<p>Doch wenn man die Routine schon mal hat, kann man die Frage von Gravitationsverlusten in Erdumlaufbahnen auch mal f&uuml;r Satelliten beleuchten. Und da bin ich beim heutigen Blogthema.<br \/>\nZuerst mal: Warum geht es? Unter dem Begriff \u201eGravitationsverluste\u201c tummeln sich einige Dinge. So gibt es beim Aufstieg einer Rakete zwei Typen von Gravitationsverlusten. Zum einen, dass die Erde permanent die Rakete anzieht und so ein Schub, der die vertikale Geschwindigkeit aufbaut, verloren geht. Zum Zweiten auch die Hubarbeit, die eigentlich kein echter Gravitationsverlust ist, weil eine Umlaufbahn mindestens 150 km H&ouml;he erreichen muss, sonst w&uuml;rde die Atmosph&auml;re den Satelliten sofort wieder abbremsen.<!--more--><\/p>\n<p>Es gibt aber auch Gravitonsverluste bei Erdumlaufbahnen. Nach der <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Vis-Viva-Gleichung\">Vis-viva Gleichung<\/a> kann man die Geschwindigkeit eines Satelliten an jedem Punkt der Bahn errechnen. Nehmen wir einen Transfer von der LEO-Bahn (200 km) in den GEO (35786 km). In der 200-km-Kreisbahn hat der Satellit eine Geschwindigkeit von 7786 m\/s. Im Geo sind es 3075 m\/s. Eine Bahn mit einem erdn&auml;chsten Punkt von 200 km und einem fernsten in 35786 km H&ouml;he braucht man als &Uuml;bergangsbahn. In dieser hat der Satellit in 200 km H&ouml;he eine Geschwindigkeit von 10240 m\/s und in 35.786 km H&ouml;he nur noch 1589 m\/s. Das bedeutet, man muss ihn zuerst von 7786 auf 10240 m\/s beschleunigen und dann in 35.786 km H&ouml;he nochmals von 1589 m\/s auf 3076 m\/s. Das sind zwei Geschwindigkeits&auml;nderungen von 2454 m\/s und 1487 m\/s. Zusammen also 3941 m\/s. Man beachte: Das ist weniger als die Differenz der Kreisbahngeschwindigkeiten von 4710 m\/s.<\/p>\n<p>Eine Stufe, welche die Geschwindigkeit schnell aufbringt, z.B. ein Feststoffantrieb w&uuml;rde genau diese 3941 m\/s aufbringen m&uuml;ssen. Ist der Antrieb aber schubschwach, so brennt er mehrere Minuten lang vielleicht sogar eine Stunde lang. W&auml;hrend der Zeit entfernt sich, wenn wir von der 200-km-Kreisbahn ausgehen, der Satellit, weil er immer schneller wird. Die Z&uuml;ndung findet in gr&ouml;&szlig;erer H&ouml;he statt und man bringt so einen Teil der Energie als Hubarbeit auf. Dasselbe findet auch beim erdfernsten Punkt statt. Hier hebt man das Apog&auml;um an, was nicht erw&uuml;nscht ist, denn man muss es sp&auml;ter wieder auf die Zielbahnh&ouml;he absenken (L&ouml;sung: man strebt schon nicht ein so hohes Apog&auml;um an). Man braucht so mehr Treibstoff um die Zielbahn zu erreichen. Maximal kann es vorkommen, das man nicht die obigen 3941 m\/s aufwenden muss, sondern 4710 m\/s, den Unterschied in den Kreisbahngeschwindigkeiten.<\/p>\n<p>Nach dem Vorgepl&auml;nkel nun ein Blick in die Praxis. Oberstufen hatten anfangs einen relativ hohe Schub. Wenn wir den Quotienten Schub\/Startgewicht (mit Nutzlast) bilden, das Resultat ist dann die Startbeschleunigung, dann beschleunigte eine Agena A mit 12,2 m\/s. Die Agena D wenige Jahre sp&auml;ter nur noch mit 6,5 m\/s. Die erste Centaur mit maximal 6,6 m\/s, die heutige SEC-Centaur mit 3,1 m\/s. Die Delta DCSS kommt bei der Delta 4H auf nur noch 2,0 m\/s bei LEO-Missionen und die Ariane 5 EPS auf 1,0 m\/s bei LEO-Missionen. Die niedrigste Anfangsbeschleunigung gibt es bei der Breeze M. Bei GTO-Missionen sind es nur 0,66 m\/s.<\/p>\n<p>Alle diese Stufen werden noch gez&uuml;ndet, bevor sie einen Orbit erreicht haben. So kann der Schub nicht beliebig gering sein, doch je n&auml;her das Gewicht von Oberstufe und Nutzlast an der Nutzlast ohne Oberstufe liegt, desto kleiner kann der Schub sein. Bei der Breeze M sind Nutzlast und Stufe z. B. zusammen 29,3 t schwer. 23 t k&ouml;nnte die Proton auch ohne Oberstufe transportieren. Bei Ariane 5 ist es sogar so, dass bei GTO-Missionen Nutzlast und Oberstufe schon die Geschwindigkeit f&uuml;r einen niedrigen Orbit haben. Die Aufstiegsbahn hat aber ein zu niedriges Perig&auml;um, damit die EPC nach einem halben Umlauf vergl&uuml;ht.<br \/>\nNehmen wir mal an, die Breeze M w&uuml;rde nicht (wie dies in Wirklichkeit erfolgt) mit vier bis f&uuml;nf Z&uuml;ndungen eine GTO-Bahn erreichen sondern mit einer, wie s&auml;he die Bahn aus? Nun die Simulation informiert uns dar&uuml;ber:<\/p>\n<p>Entfernung bei Sim-Ende 4.299,7 km<br \/>\nGeschwindigkeit bei Sim-Ende 7.665,2 m\/s<br \/>\nSatellitenvorgaben<br \/>\nStartmasse: 29.300 kg<br \/>\nLeermasse: 9.170 kg<br \/>\nAktuelle Masse: 12.167 kg<br \/>\nAnzahl Triebwerke: 1<br \/>\nSchub pro Triebwerke: 19.600,0 N<br \/>\nSpezifischer Impuls: 3.192 m\/s<br \/>\nTreibstoffverbrauch: 6,140 kg\/s<br \/>\nStartbahn 200,0 x 200,0 km<br \/>\nEndbahn 1.524,9 x 35.799,4 km<\/p>\n<p>In diesem Falle wurde also keine 200 x 35.796 km Bahn erreicht sondern eine mit einem erdn&auml;chsten Punkt von 1525 km. Das der Treibstoff nicht vollkommen verbraucht wurde liegt darin, dass die echte Breeze noch die Bahnneigung von 52 Grad reduzieren muss. Das kostet ebenfalls Treibstoff.<\/p>\n<p>Ebenso hat ein Satellit ein Problem, wenn er die Bahn anheben will. Die obige Breeze kann einen 6,8 t schweren Satelliten transportieren. W&uuml;rde dieser in einem Man&ouml;ver rund um das Apog&auml;um die Bahn mit einem 500-N-Triebwerk zirkularisieren, so s&auml;he das Endergebnis so aus:<\/p>\n<p>Satellitenvorgaben<br \/>\nStartmasse: 6.800 kg<br \/>\nLeermasse: 4.000 kg<br \/>\nAktuelle Masse: 4.000 kg<br \/>\nAnzahl Triebwerke: 1<br \/>\nSchub pro Triebwerke: 500,0 N<br \/>\nSpezifischer Impuls: 3.150 m\/s<br \/>\nTreibstoffverbrauch: 0,159 kg\/s<br \/>\nStartbahn 200,0 x 35.786,0 km<br \/>\nEndbahn 30.307,7 x 55.894,2 km<\/p>\n<p>Obwohl der Treibstoff f&uuml;r eine Geschwindigkeit von 1671 m\/s ausreicht, wird er verbraucht, bevor eine kreisrunde Bahn erreicht wurde. In der Betriebszeit von fast 5 Stunden wurde das Apog&auml;um deutlich aufgeweitet. Daher macht man in der Summe mehrere Man&ouml;ver jeweils um das Apog&auml;um herum. Das zeigt die Simulation:<\/p>\n<p>Startbahn 200,0 x 35.766,0 km<br \/>\nZwischenbahn 1: 1.849,7 x 35.770,1 km<br \/>\nZwischenbahn 2: 4.078,2 x 35.781,7 km<br \/>\nZwischenbahn 3: 7.144,5 x 35.793,8 km<br \/>\nZwischenbahn 4: 11.780,9 x 35.809,1 km<br \/>\nZwischenbahn 5: 20.447,4 x 35.838,6 km<br \/>\nEndbahn 35.786,0 x 36.158,3 km<\/p>\n<p>Was folgt daraus? Wenn man nicht das Triebwerk wiederz&uuml;nden kann, oder nicht eine Mission &uuml;ber viele Stunden oder gar Tage durchf&uuml;hren kann braucht man einen h&ouml;heren Startschub. So haben alle kryogenen Triebwerke, die derzeit im Einsatz sind, einen h&ouml;heren Schub als die Oberstufen mit lagerf&auml;higen Treibstoffen.<br \/>\nAuf etwas Interessantes bin ich bei der Simulation der EPS gesto&szlig;en. Die EPS von Ariane 5E hat 28,7 kN Schub, wiegt 11,2 t davon 10 t Treibstoff und transportiert einen maximal 7,7 t schweren Satellit und eine 950 kg schwere VEB in den GEO. Da die Stufe schon in eine elliptische Umlaufbahn geschickt wird, habe ich diese simuliert. Und mit unterschiedlichem Schub folgende Tabelle erhalten:<\/p>\n<table cellspacing=\"1\" cellpadding=\"2\">\n<tbody>\n<tr>\n<td>Schub<\/td>\n<td>Perig&auml;um<\/td>\n<td>Apog&auml;um<\/td>\n<td>Restmasse<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>10.000 N Schub<\/td>\n<td>2.090,13 km<\/td>\n<td>21.712,99 km<\/td>\n<td>9.850,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>11.000 N Schub<\/td>\n<td>1.831,43 km<\/td>\n<td>23.158,88 km<\/td>\n<td>9.849,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>12.000 N Schub<\/td>\n<td>1.624,49 km<\/td>\n<td>24.486,54 km<\/td>\n<td>9.849,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>13.000 N Schub<\/td>\n<td>1.456,23 km<\/td>\n<td>25.708,19 km<\/td>\n<td>9.849,6 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>14.000 N Schub<\/td>\n<td>1.317,27 km<\/td>\n<td>26.828,05 km<\/td>\n<td>9.849,7 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>15.000 N Schub<\/td>\n<td>1.201,18 km<\/td>\n<td>27.859,93 km<\/td>\n<td>9.849,7 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>16.000 N Schub<\/td>\n<td>1.103,03 km<\/td>\n<td>28.805,44 km<\/td>\n<td>9.850,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>17.000 N Schub<\/td>\n<td>1.019,37 km<\/td>\n<td>29.679,66 km<\/td>\n<td>9.850,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>18.000 N Schub<\/td>\n<td>947,48 km<\/td>\n<td>30.490,92 km<\/td>\n<td>9.849,5 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>19.000 N Schub<\/td>\n<td>885,01 km<\/td>\n<td>31.227,23 km<\/td>\n<td>9.850,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>20.000 N Schub<\/td>\n<td>830,58 km<\/td>\n<td>31.911,71 km<\/td>\n<td>9.850,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>21.000 N Schub<\/td>\n<td>782,80 km<\/td>\n<td>32.544,52 km<\/td>\n<td>9.850,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>22.000 N Schub<\/td>\n<td>740,63 km<\/td>\n<td>33.129,31 km<\/td>\n<td>9.849,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>23.000 N Schub<\/td>\n<td>703,21 km<\/td>\n<td>33.670,17 km<\/td>\n<td>9.849,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>24.000 N Schub<\/td>\n<td>669,91 km<\/td>\n<td>34.176,95 km<\/td>\n<td>9.849,5 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>25.000 N Schub<\/td>\n<td>640,10 km<\/td>\n<td>34.645,20 km<\/td>\n<td>9.849,2 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>26.000 N Schub<\/td>\n<td>613,25 km<\/td>\n<td>35.068,19 km<\/td>\n<td>9.849,6 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>27.000 N Schub<\/td>\n<td>589,08 km<\/td>\n<td>35.469,33 km<\/td>\n<td>9.849,5 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>28.000 N Schub<\/td>\n<td>566,96 km<\/td>\n<td>35.788,46 km<\/td>\n<td>9.852,4 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>29.000 N Schub<\/td>\n<td>545,60 km<\/td>\n<td>35.795,59 km<\/td>\n<td>9.871,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>30.000 N Schub<\/td>\n<td>526,31 km<\/td>\n<td>35.796,84 km<\/td>\n<td>9.888,3 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>31.000 N Schub<\/td>\n<td>508,82 km<\/td>\n<td>35.792,26 km<\/td>\n<td>9.904,3 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>32.000 N Schub<\/td>\n<td>492,96 km<\/td>\n<td>35.792,81 km<\/td>\n<td>9.918,8 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>33.000 N Schub<\/td>\n<td>478,55 km<\/td>\n<td>35.804,60 km<\/td>\n<td>9.931,4 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>34.000 N Schub<\/td>\n<td>465,30 km<\/td>\n<td>35.790,08 km<\/td>\n<td>9.944,4 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>35.000 N Schub<\/td>\n<td>453,24 km<\/td>\n<td>35.802,00 km<\/td>\n<td>9.954,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>36.000 N Schub<\/td>\n<td>442,11 km<\/td>\n<td>35.792,43 km<\/td>\n<td>9.965,8 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>37.000 N Schub<\/td>\n<td>431,89 km<\/td>\n<td>35.788,65 km<\/td>\n<td>9.975,6 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>38.000 N Schub<\/td>\n<td>422,49 km<\/td>\n<td>35.796,12 km<\/td>\n<td>9.984,1 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>39.000 N Schub<\/td>\n<td>413,77 km<\/td>\n<td>35.795,34 km<\/td>\n<td>9.992,3 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>40.000 N Schub<\/td>\n<td>405,74 km<\/td>\n<td>35.808,17 km<\/td>\n<td>9.999,3 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>41.000 N Schub<\/td>\n<td>398,25 km<\/td>\n<td>35.809,02 km<\/td>\n<td>10.006,4 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>42.000 N Schub<\/td>\n<td>391,25 km<\/td>\n<td>35.791,72 km<\/td>\n<td>10.014,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>43.000 N Schub<\/td>\n<td>384,78 km<\/td>\n<td>35.797,60 km<\/td>\n<td>10.019,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>44.000 N Schub<\/td>\n<td>378,73 km<\/td>\n<td>35.793,75 km<\/td>\n<td>10.025,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>45.000 N Schub<\/td>\n<td>373,08 km<\/td>\n<td>35.794,71 km<\/td>\n<td>10.031,3 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>46.000 N Schub<\/td>\n<td>367,78 km<\/td>\n<td>35.788,23 km<\/td>\n<td>10.036,8 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>47.000 N Schub<\/td>\n<td>362,83 km<\/td>\n<td>35.787,04 km<\/td>\n<td>10.041,6 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>48.000 N Schub<\/td>\n<td>358,21 km<\/td>\n<td>35.803,87 km<\/td>\n<td>10.045,2 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>49.000 N Schub<\/td>\n<td>353,83 km<\/td>\n<td>35.794,20 km<\/td>\n<td>10.050,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>50.000 N Schub<\/td>\n<td>349,72 km<\/td>\n<td>35.796,34 km<\/td>\n<td>10.053,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>51.000 N Schub<\/td>\n<td>345,85 km<\/td>\n<td>35.791,34 km<\/td>\n<td>10.057,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>52.000 N Schub<\/td>\n<td>342,19 km<\/td>\n<td>35.788,27 km<\/td>\n<td>10.061,7 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>53.000 N Schub<\/td>\n<td>338,76 km<\/td>\n<td>35.796,23 km<\/td>\n<td>10.064,6 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>54.000 N Schub<\/td>\n<td>335,50 km<\/td>\n<td>35.792,60 km<\/td>\n<td>10.068,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>55.000 N Schub<\/td>\n<td>332,45 km<\/td>\n<td>35.816,96 km<\/td>\n<td>10.069,7 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>56.000 N Schub<\/td>\n<td>329,53 km<\/td>\n<td>35.812,55 km<\/td>\n<td>10.072,8 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>57.000 N Schub<\/td>\n<td>326,77 km<\/td>\n<td>35.818,33 km<\/td>\n<td>10.075,3 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>58.000 N Schub<\/td>\n<td>324,14 km<\/td>\n<td>35.807,43 km<\/td>\n<td>10.078,4 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>59.000 N Schub<\/td>\n<td>321,66 km<\/td>\n<td>35.820,05 km<\/td>\n<td>10.080,2 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>60.000 N Schub<\/td>\n<td>319,26 km<\/td>\n<td>35.792,72 km<\/td>\n<td>10.084,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>61.000 N Schub<\/td>\n<td>317,02 km<\/td>\n<td>35.800,98 km<\/td>\n<td>10.085,8 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>62.000 N Schub<\/td>\n<td>314,89 km<\/td>\n<td>35.815,55 km<\/td>\n<td>10.087,1 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>63.000 N Schub<\/td>\n<td>312,83 km<\/td>\n<td>35.804,67 km<\/td>\n<td>10.089,7 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>64.000 N Schub<\/td>\n<td>310,89 km<\/td>\n<td>35.809,75 km<\/td>\n<td>10.091,4 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>65.000 N Schub<\/td>\n<td>309,02 km<\/td>\n<td>35.797,84 km<\/td>\n<td>10.093,9 kg<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Wie man sieht: Wenn der Schub nur etwas geringer ist, dann sackt das Apog&auml;um rasch ab. Bei etwas mehr Schub spart man Treibstoff. Doch selbst wenn man den Schub von knapp 29 auf 58 kN verdoppelt, so sind es nur rund 220 kg Treibstoff &#8211; das ist bei rund 10 t Zuladung vernachl&auml;ssigbar gering. Man hat also das Triebwerk gerade auf das Minimum an ben&ouml;tigtem Schub ausgew&auml;hlt.<\/p>\n<p>Ganz dick kommt es bei dem Einbremsen in einen Orbit, denn da hat man keine zweite Chance. Der Trace Gas Orbiter wiegt kurz vor dem Einbremsen in den Marsorbit noch etwa 3300 kg schwer. Er hat aber auch nur ein Triebwerk mit 424 n Schub. Mehrmals Abbremsen wie bei einem Erdorbit geht nicht, man muss die Geschwindigkeit schon beim ersten Anlauf soweit abbremsen, dass man in einen Orbit gelangt.<\/p>\n<p>Der Trace Gas Orbiter erreichte einen Orbit mit einem marsfernsten Punkt von 101.000 km. Bei einer (idealen) Abbremsung w&auml;re der marsn&auml;chste Punkt knapp &uuml;ber der Atmosph&auml;re, so in etwa 200 km H&ouml;he daf&uuml;r errechnet man eine Geschwindigkeit von 4799 m\/s in 200 km H&ouml;he. Der TGO wird den Mars mit derselben Geschwindigkeit wie Schiaparelli erreichen, der hatte 5.794 m\/s, als er in 122 km H&ouml;he in die Atmosph&auml;re eintrat, das entspricht 954 m\/s &uuml;ber Geschwindigkeit f&uuml;r obigen Orbit. Diese 954 m\/s m&uuml;sste der TGO also abbauen. Da er aber nur ein Triebwerk mit 424 N Schub hat, dauert das &uuml;ber zwei Stunden und in der Zeit entfernt er sich wieder vom Mars. Resultat: Der marsn&auml;chste Punkt liegt schon wieder in 1.513 km H&ouml;he und ein Geschwindigkeitsbedarf <a href=\"http:\/\/scilogs.spektrum.de\/go-for-launch\/exomars-woran-man-alles-denken-muss\/\">steigt auf 1.550 m\/s<\/a> anstatt 947 m\/s. Dazu tr&auml;gt auch bei, das man einen marsn&auml;chsten Punkt in 1200 km H&ouml;he anpeilte (eben wegen der langen Dauer des Man&ouml;vers und wegen der Daten&uuml;bertragung von Schiaparelli) ohne diesen gr&ouml;&szlig;eren Abstand w&auml;re die Bilanz etwas besser, da man in diesem Abstand schon 1106 m\/s zum Abbremsen in die Umlaufbahn braucht.<\/p>\n<p>Damit nicht genug: der elliptische Orbit f&uuml;hrt dazu, dass man im Januar ihn wieder auf 33.000 km absenkt (weitere 160 m\/s) und dann muss man den marsn&auml;chsten Punkt noch auf eine H&ouml;he von 150 bis 250 km ansenken (in 1500 km H&ouml;he kann man kein Aerobraking durchf&uuml;hren) und das kostete weitere 60 m\/s. Insgesamt ist das schubschwache Triebwerk also von Nachteil.<\/p>\n<p>Warum verwendet man es dann? Weil es in Europa kein schubst&auml;rkeres Triebwerk mit akzeptabler Masse gibt. Das n&auml;chstgr&ouml;&szlig;ere, verf&uuml;gbare, ist das Aestus mit gleich 28,7 kN Schub. Europa hat in den Sechziger\/Siebzigern das 400-N-Triebwerk zuerst f&uuml;r die Europa-Oberstufe entwickelt, dann in verbesserter Form als Apog&auml;umsantrieb sehr oft eingesetzt. Letztlich geht das Triebwerk auf einen Vorg&auml;nger f&uuml;r den Nachrichtensatelliten Symphonie zur&uuml;ck. So etwa 400 bis 500 N Schub sind das Maximum, was man mit einem chemischen Triebwerk ohne aktive K&uuml;hlung erzeugen kann, die Brennkammer und D&uuml;se heizen sich auf und dies muss soweit begrenzt werden, dass sie nicht schmelzen. Bei h&ouml;herem Schub muss man aktiv k&uuml;hlen und Triebwerke mit der Technologie hat man nicht entwickelt. Russland hat solche Triebwerke. Neben dem 2,5 kN Triebwerk in der Vega setzt man &auml;hnliche Triebwerke auch in der Sojus und Progress, den russischen Raumstationsmodulen und fr&uuml;her auch Planetensonden ein. Auch die USA hatten mal schubst&auml;rkere Triebwerke: <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/mariner89.shtml\">Mariner 9<\/a> und Viking setzten jeweils Triebwerke mit 1,3 kN Schub ein. (Es war beides Mal dasselbe Triebwerk). Diese waren regenerativ gek&uuml;hlt, aber wie heutige Kleinantriebe druckgef&ouml;rdert. Seitdem hat man auch in den USA nur 400 bis 500 N starke Triebwerke eingesetzt. Cassini hatte zwei an Bord, jedoch nur aus Redundanzgr&uuml;nden. Das ist insofern verwunderlich, weil die Raumsonden schwerer geworden sind: Mariner 9 wog noch 998 kg, MAVEN als letzter US-Orbiter 2.550 kg und dabei hat das Triebwerk nur ein Drittel Schubs von Mariner 9. MAVEN brauchte so 35 Minuten um einen hochelliptischen Orbit zu erreichen. Mariner 9 nur 15 Minuten f&uuml;r einen marsn&auml;heren Orbit. Beim TGO betrug die Brennzeit sogar 139 Minuten.<\/p>\n<p>Ich komme noch mal zum Ausgang zur&uuml;ck: Was w&uuml;rde passieren, wenn man anders als heute &uuml;blich die Satelliten nicht im GTO aussetzt, sondern sie chemisch aus einem LEO sich hochspiralen. Ich habe das mit einem Kommunikationssatelliten von 7000 kg Startgewicht simuliert:<\/p>\n<p>Schnelle Vorgehensweise (lange Z&uuml;ndperioden im Perig&auml;um):<\/p>\n<ul>\n<li>5 Zwischenbahnen<\/li>\n<li>Gesamtdauer 17 Stunden<\/li>\n<li>Restmasse: 1.618 kg,<\/li>\n<li>Geschwindigkeits&auml;nderung: 4615 m\/s.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Langsame Vorgehensweise: nur kurze Z&uuml;ndperioden im Perig&auml;um):<\/p>\n<ul>\n<li>35 Zwischenbahnen.<\/li>\n<li>Gesamtdauer 7 Tage.<\/li>\n<li>Restmasse: 1985 kg<\/li>\n<li>Geschwindigkeits&auml;nderung 3970 m\/s.<\/li>\n<\/ul>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignleft size-medium\" src=\"\/img\/niedrigschubbahnen1.png\" width=\"700\" height=\"750\" \/>Das ist aber sehr theoretisch, denn zum einen gibt es mit Ionentriebwerken eine gute Alternative. Zum anderen wird bei &uuml;ber 5000 kg Treibstoffzuladung auch die Trockenmasse des Antriebssystems in der Gr&ouml;&szlig;enordnung von 600 bis 800 kg liegen. Dann bleiben nur noch 1.000 bis 1.400 kg f&uuml;r den Satelliten &uuml;brig. Es ist auch theoretisch, weil ich in jeder Umlaufbahn ein Man&ouml;ver angesetzt habe. Das ist aber gerade anfangs, wo ein Umlauf alle 90 Minuten erfolgt, nicht der Fall. Setzt man den realistischen Fall an: 1 Man&ouml;ver pro Tag so dauert es 6 bzw. 36 Tage um den GEO zu erreichen.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/vg02.met.vgwort.de\/na\/a56b11050029466788a0f132550a6b89\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"\/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Ich habe nun mein Programm f&uuml;r Bahnberechnungen um einen Punkt erweitert, um auch Niedrigschubbahnen f&uuml;r Satelliten zu berechnen. Ich hatte zwar schon einen f&uuml;r Ionentriebwerke, doch der hat zum einen spezifische Eingangsparameter, die man nur f&uuml;r Ionentriebwerke braucht und nicht f&uuml;r Satelliten, zum andern wird man Ionentriebwerke wegen ihrer langen Brennzeit dauernd betrieben. Satellitentriebwerke dagegen [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":169,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[4149],"class_list":["post-12170","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-raumfahrt","tag-niedrigschubbahnen","entry"],"a3_pvc":{"activated":false,"total_views":222,"today_views":0},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack-related-posts":[{"id":13317,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2018\/04\/04\/die-aufklaerung-des-aprilscherzes\/","url_meta":{"origin":12170,"position":0},"title":"Die Aufkl&auml;rung des Aprilscherzes","author":"Bernd Leitenberger","date":"4. April 2018","format":false,"excerpt":"So, nun komme ich wieder mal zu einem Blog. Derzeit arbeite ich noch flei\u00dfig an der Aufstiegssimulation, nun vor allem im Pflegen der alten Daten. 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