{"id":14363,"date":"2019-10-22T10:52:17","date_gmt":"2019-10-22T08:52:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=14363"},"modified":"2019-10-22T10:52:17","modified_gmt":"2019-10-22T08:52:17","slug":"die-loesung-fuer-ueberfluessiges-problem-der-satellit-im-niedrigen-orbit-stabilisiert-mit-ionentriebwerken","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2019\/10\/22\/die-loesung-fuer-ueberfluessiges-problem-der-satellit-im-niedrigen-orbit-stabilisiert-mit-ionentriebwerken\/","title":{"rendered":"Die L&ouml;sung f&uuml;r &uuml;berfl&uuml;ssiges Problem. Der Satellit im niedrigen Orbit, stabilisiert mit Ionentriebwerken"},"content":{"rendered":"<p>Auf meinen heutigen Blog bin ich durch einen Artikel &uuml;ber den <a href=\"https:\/\/global.jaxa.jp\/projects\/sat\/slats\/\">SLATS Satelliten<\/a> gekommen (Super Low Altitude Test Satellite). Der Satellit hat mehrfach seinen Orbit abgesenkt und dann aufrecht erhalten mit Ionentriebwerken. Nachdem er seinen ersten operationellen Orbit von 392 km H&ouml;he erreicht hatte, hat der Satellit nach und nach diesen abgesenkt. Zuletzt machte er noch Aufnahmen aus 181 km H&ouml;he. Das untere Bild zeigt, wie dabei die Aufl&ouml;sung ansteigt.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg01.met.vgwort.de\/na\/3729c29a32d0483495e83edfc9506b26\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"\/><!--more--><\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium\" src=\"\/img\/slats_image.jpg\" width=\"1200\" height=\"555\" \/>F&uuml;r Erdbeobachtungssatelliten ist Aufl&ouml;sung nicht alles. Wichtig ist auch die Frequenz (also wie oft ein Gebiet &uuml;berflogen wird, Abdeckung (erfasste Oberfl&auml;che) und Spektralreinheit der Aufnahmen (wichtig um Vegetationstypen zu unterscheiden oder Krankheiten zu erkennen). Allerdings ist f&uuml;r viele Anwendungen vor allem milit&auml;rische, die Aufl&ouml;sung doch wichtig. Und da ist es nun mal so \u2013 je h&ouml;her, desto besser.<\/p>\n<p>Die derzeit besten Aufnahmen macht <a href=\"https:\/\/directory.eoportal.org\/web\/eoportal\/satellite-missions\/v-w-x-y-z\/worldview-3\">Worldview 3<\/a>, ein Satellit von 5.7 x 2.5 x 7.1 m Gr&ouml;&szlig;e und einer Masse von 2.800 kg. Seine Aufnahmen haben eine Aufl&ouml;sung von 0,31 m\/Pixel. Damit er in 617 km H&ouml;he solche Aufnahmen machen kann, braucht er nach den optischen Gesetzen ein Teleskop von 111 cm Durchmesser und \u2013 keine Verwunderung \u2013 der Hauptspiegel hat auch einen Durchmesser von 110 cm. Wie man bei diesem Foto der Integration sieht, ist bei dieser Gr&ouml;&szlig;e das Teleskop das Teil das die Gr&ouml;&szlig;e und Masse des Satelliten bestimmt, der Satellit wird also um das Teleskop herum gebaut, &auml;hnlich ist es bei <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/hst.shtml\">Hubble Weltraumteleskop<\/a>.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium\" src=\"\/img\/worldview3.png\" width=\"500\" height=\"332\" \/>Bei einem Teleskop, das wei&szlig; jeder der eines hat oder sich auch Objektive f&uuml;r eine Kamera zulegt, steigt das Gewicht rasch mit dem Durchmesser der Linse oder des Spiegels an. Es gilt folgender einfacher Zusammenhang:<\/p>\n<ul>\n<li>F&uuml;r die doppelte Aufl&ouml;sung braucht man den doppelten Spiegeldurchmesser<\/li>\n<li>Doppelter Spiegeldurchmesser entspricht der vierfachen Fl&auml;che<\/li>\n<li>Da sich der Spiegel nicht verformen darf oder bei sehr gro&szlig;er Fl&auml;che und geringer Dichte sogar brechen darf steigt auch die Dicke meist proportional an.<\/li>\n<li>Das Gewicht des Spiegels muss bewegt und unterst&uuml;tzt werden, der Tubus muss steif genug sein um ihn zu halten und den Belastungen des Raketenstarts standzuhalten.<\/li>\n<li>Der Tubus wird, wenn man die gleiche Abbildungsleistung haben will (Sensor unver&auml;ndert) proportional zum Durchmesser l&auml;nger und schwerer.<\/li>\n<\/ul>\n<p>In der Summe steigt so das Gewicht in etwa zur dritten Potenz des Durchmessers an, bei Gro&szlig;teleskopen rechnet man nicht ganz die dritte Potenz, da man dann doch an bestimmten Teilen Material einsparen kann. Aber um den Faktor 6 bei doppeltem Durchmesser (Potenz 2,59) ist es schon.<\/p>\n<p>Gegen&uuml;ber den gro&szlig;en Satelliten in H&ouml;hen von 500 bis 600 km gibt es schon Alternativen. Flotten von kleinen Satelliten bis hin zu 3U Cubesats, Sie werden als Mitfluggelegenheit in niedrigem Orbit ausgesetzt und vergl&uuml;hen daher viel schneller. Sie machen aber den gro&szlig;en Satelliten keine Konkurrenz, denn sie haben einen anderen Fokus. Man begn&uuml;gt sich mit Aufl&ouml;sung deutlich &uuml;ber 1 m. Daf&uuml;r liefern viele Satelliten einen schnelleren &Uuml;berblick, decken die Erdoberfl&auml;che schneller ab und erlauben in k&uuml;rzeren Intervallen eine erneute Beobachtung, wichtig z.\u00a0B. bei Naturkatastrophen wie Waldbr&auml;nden, Erdbeben oder &Uuml;berschwemmungen.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Die Idee<\/h3>\n<p>Meine &Uuml;berlegung: Welche Bahnh&ouml;he k&ouml;nnte ein Kleinsatellit dauerhaft aufrechterhalten, wenn er seinen Orbit mit Ionentriebwerken aufrechterh&auml;lt. Ich habe das mal mit dem DLR Kleinsatellit \u201e<a href=\"https:\/\/www.irs.uni-stuttgart.de\/forschung\/satellitentechnik-und-instrumente\/kleinsatellitenprogramm\/flying-laptop\/systeme\/\">Flying Laptop<\/a>\u201c durchgerechnet. Der Satellit wiegt 110 kg und ist 60 x 70 x 85 cm gro&szlig;. Mit Solarzellen wird daraus eine maximale Fl&auml;che von 180 x 85 cm. Ich habe mit einem einfachen Modell bei mittlerer Sonnenaktivit&auml;t (SFU=130, AP-Index = 12) die Sinkrate dieses Satelliten ausgehend von seinem 600 km hohen Orbit berechnet. Dabei ging ich davon aus, dass die Solarpaneele nur bei 50 % der Umlaufzeit bremsen (am Tag) und auf der Nachtseite aus der Flugrichtung gedreht werden, um die Abbremsung zu verringern. Am Tag folgen sie der Sonne, wirken also im Durchschnitt nur mit 50 % ihrer Fl&auml;che. Daraus ergibt sich im Mittel eine abbremsende Fl&auml;che von 0,765 m\u00b3. Man erh&auml;lt folgende Tabelle:<\/p>\n<table width=\"574\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"2\">\n<colgroup>\n<col width=\"49\" \/>\n<col width=\"37\" \/>\n<col width=\"143\" \/>\n<col width=\"130\" \/>\n<col width=\"85\" \/>\n<col width=\"104\" \/> <\/colgroup>\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"49\">Tage<\/th>\n<th width=\"37\">Jahre<\/th>\n<th width=\"143\">H&ouml;he [km]<\/th>\n<th width=\"130\">\u0394v [m\/s]<\/th>\n<th width=\"85\">\u0394v\/Jahr [m\/s]<\/th>\n<th width=\"104\">Differenz (Tage)<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<th width=\"49\">17628,0<\/th>\n<td width=\"37\">48,30<\/td>\n<td width=\"143\">500,0<\/td>\n<td width=\"130\">5,52974<\/td>\n<td width=\"85\">2,80951<\/td>\n<td width=\"104\">718,4<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<th width=\"49\">20581,6<\/th>\n<td width=\"37\">56,39<\/td>\n<td width=\"143\">400,0<\/td>\n<td width=\"130\">5,65248<\/td>\n<td width=\"85\">19,57453<\/td>\n<td width=\"104\">105,4<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<th width=\"49\">20978,4<\/th>\n<td width=\"37\">57,48<\/td>\n<td width=\"143\">299,9<\/td>\n<td width=\"130\">5,77990<\/td>\n<td width=\"85\">170,13423<\/td>\n<td width=\"104\">12,4<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<th width=\"49\">21021,2<\/th>\n<td width=\"37\">57,59<\/td>\n<td width=\"143\">199,5<\/td>\n<td width=\"130\">5,91270<\/td>\n<td width=\"85\">1798,44558<\/td>\n<td width=\"104\">1,2<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<th width=\"49\">21025,1<\/th>\n<td width=\"37\">57,60<\/td>\n<td width=\"143\">79,5<\/td>\n<td width=\"130\">6,38619<\/td>\n<td width=\"85\">23309,57539<\/td>\n<td width=\"104\">0,1<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Die Differenz in Tagen gibt an, in wie vielen Tagen der Satellit um je 10 km sinkt. Wie nicht anders zu erwarten beschleunigt sich der Prozess schnell. Er braucht 48 Jahre um von 600 auf 500 km H&ouml;he zu sinken, doch nur noch 8 Jahre bis er dann endg&uuml;ltig vergl&uuml;ht. Besonderen Augenmerk sollte man auf das \u0394v\/Jahr richten. Das ist die Geschwindigkeit, die man aufwenden muss, um den Orbit dauerhaft zu halten. F&uuml;r 400 km H&ouml;he noch kein Problem \u2013 20 m\/s sind selbst bei 10 Jahren Lebensdauer nicht viel Treibstoff. In 300 km H&ouml;he ben&ouml;tigt der Satellit bei einem \u0394v von 170 m\/s pro Jahr aber schon so viel Treibstoff, dass er bei einer 7 Jahresmission zur H&auml;lfte aus Treibstoff bestehen w&uuml;rde, wenn man chemischen Treibstoff ben&ouml;tigt. Die 1800 m\/s f&uuml;r 200 km H&ouml;he k&ouml;nnte man mit Ionentriebwerken jedoch aufbringen, wenn sie lange genug arbeiten (dann wahrscheinlich w&auml;hrend der ganzen Tagseite) und den Satelliten dann l&auml;ngere Zeit im Orbit halten.<\/p>\n<p>Ich habe nun gerade diesen Satelliten als Ausgangsbasis genommen, um zu berechnen wie nahe man der Erde kommen kann wenn man Ionentriebwerke als Antrieb nutzt.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Das Konzept<\/h3>\n<p>Fangen wir zuerst mal mit einer Absch&auml;tzung an. Der originale Flying Laptop hat eine Betriebsdauer von mindestens zwei Jahren. Das ist konservativ. Ich habe mal mit f&uuml;nf Jahren gerechnet. Ionentriebwerke haben oft eine Mindestlebensdauer von 10.000 Betriebsstunden, das sind dann 2.000 Stunden Betrieb pro Jahr oder 5,5 Stunden pro Tag, also in etwa w&auml;hrend der halben Zeit in der man sich auf der sonnenbeschienen Seite de Erde befindet. Die Betriebsstunden legen zusammen mit dem Schub des Triebwerks den Gesamtimpuls pro Jahr fest, der wiederum mindestens so hoch sein muss, wie Masse des Satelliten x gefordertem \u0394v. Angesichts des kleinen Satelliten und auch damit geringer Leistung der Solarpaneele kann man nur kleine Ionentriebwerke einsetzen. Ich sch&auml;tze die Leistung der bisherigen Paneele bei 25 % Wirkungsgrad bei einer Fl&auml;che von 2 x 0,6 x 0,85 m Gr&ouml;&szlig;e auf 345 Watt. Verdoppelt man die Fl&auml;che um Strom f&uuml;r das Triebwerk zu haben, so stehen weitere 345 Watt zu Beginn der Lebensdauer f&uuml;r den Antrieb zur Verf&uuml;gung. Verf&uuml;gbare Antriebe mit einer Leistungsaufnahme in diesem Bereich sind:<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"4\">\n<colgroup>\n<col width=\"51*\" \/>\n<col width=\"51*\" \/>\n<col width=\"51*\" \/>\n<col width=\"51*\" \/>\n<col width=\"51*\" \/> <\/colgroup>\n<thead>\n<tr valign=\"top\">\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Bezeichnung<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Stromverbrauch [W]<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Schub [mN]<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Spezifischer Impuls [s]<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Gewicht [kg]<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n<tbody>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Rit 10 EVO<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">290 W<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">10<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">3.000<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">1,8 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">XIPS 8<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">350 W<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">14<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">2.500<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">2,0 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">T5<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">349 W<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">9.5 mN<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">3.500<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"20%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">2,5 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Ich habe nun f&uuml;r jedes dieser Triebwerke berechnet, wie viel zus&auml;tzliche Masse man ben&ouml;tigt, wenn man sie 10.000 Stunden lang betriebt. Der Tank f&uuml;r den Xenon-Treibstoff soll 20 % der Treibstoffmasse ausmachen. Das ist ein Wert der mit CFK-Werkstoffen problemlos erreichbar ist.<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"4\">\n<colgroup>\n<col width=\"96*\" \/>\n<col width=\"96*\" \/>\n<col width=\"64*\" \/> <\/colgroup>\n<thead>\n<tr valign=\"top\">\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"37%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Bezeichnung<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"37%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Gesamtimpuls<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"25%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Gesamtgewicht<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n<tbody>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"37%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Rit 10 EVO<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"37%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">360.000 N<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"25%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">16,5 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"37%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">XIPS 8<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"37%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">504.000 N<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"25%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">26,7 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"37%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">T5<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"37%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">342.000 N<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"25%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">14,5 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Geht es nach dem reinen Zusatzgewicht, so schneidet das T5 am besten ab, geht es nach dem Gesamtimpuls so das XIPS 8. Zu diesem Gewicht k&auml;men noch die Solarzellen, die bei einem typischen Fl&auml;chengewicht von 60 kg\/kW weitere 20,7 kg wiegen. Dazu k&auml;me noch der Stromkonverter f&uuml;r die ben&ouml;tigte Hochspannung und Leitungen \/ Ventile. Diese beiden Teile sollen weitere 2 kg wiegen. Dann kommt man auf abschlie&szlig;ende Tabelle:<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"4\">\n<colgroup>\n<col width=\"85*\" \/>\n<col width=\"85*\" \/>\n<col width=\"85*\" \/> <\/colgroup>\n<thead>\n<tr valign=\"top\">\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Bezeichnung<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Gesamtgewicht<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<th style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">\u0394v &uuml;ber 5 Jahre<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n<tbody>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">Rit 10 EVO<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">149,2 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">2400 m\/s<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">XIPS 8<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">159,4 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">3160 m\/s<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">T5<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">147,2 kg<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<td style=\"background: transparent;\" width=\"33%\">\n<p align=\"left\"><span style=\"color: #000000;\"><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\"><span style=\"font-size: medium;\">2323 m\/s<\/span><\/span><\/span><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Will ich die maximale Geschwindigkeits&auml;nderung haben, so ist das XIPS 8 die beste Wahl. Mit den Daten gehe ich nun nochmals in die Simulation und bestimme mit neuer Masse und vergr&ouml;&szlig;erten Solarpaneelen die Bahnh&ouml;he, wo die Abbremsung gerade 600 m\/s pro Jahr betr&auml;gt (= 3000 m\/s durch 5 Jahre, 160 m\/s als Reserve \/ nicht nutzbares Druckgas). Das ist bei diesen Randbedingungen in <b>248 km H&ouml;he<\/b> der Fall. Das ist aber stark abh&auml;ngig von der Sonnenaktivit&auml;t. Bei ruhiger Sonne (SFU=70) kann man bis auf 237 km herankommen und bei einem SFU von 200 muss man auf 260 km H&ouml;he gehen. Auch f&uuml;r solche Abstands&auml;nderungen ben&ouml;tigt man Treibstoff. Allerdings wird man bei einer Lebensdauer von 5 Jahren, also weniger als einem halben Sonnenzyklus, schon von vorneherein die richtige Starth&ouml;he w&auml;hlen.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Was bringst?<\/h3>\n<p>Nun Wunder kann man nicht erwarten. Aber der Orbit zwei bis zweieinhalbmal niedriger als bei gr&ouml;&szlig;eren Erderkundungssatelliten wie Worl\u0394view 1-3 oder Ikonos. Entsprechend ist die Optik f&uuml;r dieselbe Bodenaufl&ouml;sung kleiner. Trotzdem \u2013 bei 110 kg Masse des \u201eFlying Laptops\u201c bleiben vielleicht 20 bis 30 kg f&uuml;r die Nutzlast. Das reicht, wenn ich von k&auml;uflichen Teleskopen ausgehe, in etwa f&uuml;r ein Teleskop mit 14 bis 16 Zoll Durchmesser (der Tubus eines C14 Schmidt-Cassegrainteleskops wiegt 20,4 kg, dazu k&auml;men dann noch die Einheit mit den Sensoren und die DPU). Aus 250 km H&ouml;he w&uuml;rde ein leistungsbegrenzendes Teleskop mit 35 cm (14 Zoll) Durchmesser dann Details von 0,4 m Aufl&ouml;sung abbilden \u2013 das ist nicht das Niveau von Worldview 3, aber nur wenig schlechter.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Alternative elliptischer Orbit<\/h3>\n<p>Viele sp&auml;teren US-Aufkl&auml;rungssatelliten, so die <a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/kh-2.shtml\">KH-11 Serie<\/a> haben elliptische Umlaufbahnen gehabt, mit einem niedrigen Perig&auml;um und einem h&ouml;heren Apog&auml;um. Der Orbit hat Vor- und Nachteile. Ein Vorteil ist, das man im Perig&auml;um viel bessere Aufnahmen bekommt und durch das hohe Apog&auml;um trotzdem die Lebensdauer h&ouml;her ist. Es sinkt aufgrund der Reibung zuerst vor allem das Apog&auml;um ab. Ein Nachteil ist, dass Perig&auml;um &uuml;ber einem bestimmten Breitengrad liegt. Die ganze Erde kann man so nicht hochaufl&ouml;send abbilden, aber sehr gut ein Land das sich &uuml;ber viele L&auml;ngengrade und nur wenige Breitengrade erstreckt wie Russland. Aber da es wahrscheinlich von den \u201ekleinen\u201c Satelliten sowieso mehrere gibt, ist das kein Problem, man startet dann einfach mehrere Satelliten mit einem Perig&auml;um auf unterschiedlichen Breitengraden. Ich habe nochmal berechnet, nun mit dem urspr&uuml;nglichen Satelliten (110 kg Masse, abbremsende Fl&auml;che von 0,765 m\u00b2. Wenn das Perig&auml;um bei 310 km liegt und das Apog&auml;um bei 800 km, dann kann er sich bei mittlerer Sonnenaktivit&auml;t (SFU=130) etwas l&auml;nger als 5 Jahre im Orbit halten. Nach 4 Jahren ist das Puerperium unter 250 km gesunken. Im letzten Jahr hat man also vergleichbare <sup>Bedingungen<\/sup> wie mit dem Ionentriebwerk. Das w&auml;re nat&uuml;rlich noch zus&auml;tzlich einsetzbar, wobei dann der <span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\">\u0394<\/span><span style=\"font-family: Liberation Serif, serif;\">v<\/span> Aufwand wesentlich kleiner ist (107 m\/s in 4 Jahren, daher hatten die KH-11 auch nur chemischen Treibstoff an Bord).<\/p>\n<h3 class=\"western\">Geometrie<\/h3>\n<p>Bisher ging ich vom Flying Laptop aus, doch der wurde f&uuml;r eine solche Aufgabe nicht konstruiert. Wenn man einen Satelliten speziell f&uuml;r einen niedrigen Orbit baut, dann spielt anders als bei \u201enormalen\u201c Satelliten die Geometrie eine Rolle. Nun gibt es einen \u201eLuftwiderstand\u201c auch wenn er klein ist, ist eine aerodynamische Form doch g&uuml;nstig. Das prim&auml;r wichtigste ist es die Angriffsfl&auml;che zu verkleinern. Das kann man machen, indem der Satellit l&auml;nglicher ist und nur mit der kurzen Seite in die Bahnrichtung schaut. Will man noch mehr tun, so belegt man die Oberfl&auml;che mit Solarzellen, dann fallen die Paneele und ihr Widerstand weg. Bei dem Volumen von Flying Laptop von 357 dm\u00b3 und der Oberfl&auml;che der Solarzellen von 1,02 m\u00b2 wird das allerdings ein langer Satellit. Aber ein Quader von 0,35 x 0,35 x 2,91 m L&auml;nge hat dasselbe Volumen und dieselbe Oberfl&auml;che. Aber seine Frontfl&auml;che betr&auml;gt nur 0,1225 anstatt 0,765 m\u00b2 und damit bleibt er l&auml;nger im Orbit. Will man noch mehr tun, dann kommt man zu aerodynamischen Formen wie bei den KH 1 bis 4 oder GOCE (siehe Abbildungen). Ein solcher Satellit hat in einem 300 km hohen Orbit nur noch ein \u0394v von 28 m\/s, also vergleichbar dem \u0394v auf der elliptischen Bahn ist aber immer so nahe der Erde. Das ist dann auch mit chemischem Treibstoff machbar. Der Widerstand steigt aber rapide an. In 250 km H&ouml;he sind es schon 88 m\/s pro Jahr. Ohne Antrieb kann er sich knapp ein Jahr im Orbit halten, wenn die Starth&ouml;he 300 km betr&auml;gt.<\/p>\n<h3 class=\"western\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium\" src=\"\/img\/kh1-4coronasatellite.png\" width=\"396\" height=\"260\" \/>Fazit<\/h3>\n<p>Bei geeigneter Geometrie, zus&auml;tzlichem Antrieb (Kleinsatelliten haben meist keinen Antrieb und regeln nur ihre Lage und dies ohne Treibstoff durch Magnetfeld- oder Drehmomente) und \/ oder optimierten Orbit k&ouml;nnen Kleinsatelliten sich durchaus l&auml;nger in einem erdnahen Orbit halten und das w&auml;re eine Option f&uuml;r Kleinsatelliten die hochaufl&ouml;sende Aufnahmen machen.<\/p>\n<p>Andere Anwendungen dieser Technik w&auml;re die direkte Sondierung der Hochatmosph&auml;re oder Gravitationsfeldmessungen. Der erw&auml;hnte ESA-Satellit <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Gravity_field_and_steady-state_ocean_circulation_explorer\">GOCE<\/a> hat dazu auch Ionentriebwerke eingesetzt. Er verblieb &uuml;ber 4 Jahre in seinem anfangs 283,5 km hohen Orbit.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium\" src=\"\/img\/goce.jpg\" width=\"700\" height=\"478\" \/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Auf meinen heutigen Blog bin ich durch einen Artikel &uuml;ber den SLATS Satelliten gekommen (Super Low Altitude Test Satellite). Der Satellit hat mehrfach seinen Orbit abgesenkt und dann aufrecht erhalten mit Ionentriebwerken. Nachdem er seinen ersten operationellen Orbit von 392 km H&ouml;he erreicht hatte, hat der Satellit nach und nach diesen abgesenkt. Zuletzt machte er [&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":[1,3],"tags":[3778,4412,4411],"class_list":["post-14363","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-allgemein","category-raumfahrt","tag-erderkundung","tag-flying-laptop","tag-oorbit","entry"],"a3_pvc":{"activated":false,"total_views":244,"today_views":0},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack-related-posts":[{"id":18511,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2026\/01\/27\/musks-ki-rechenzentren-im-orbit\/","url_meta":{"origin":14363,"position":0},"title":"Musks KI-Rechenzentren im Orbit","author":"Bernd Leitenberger","date":"27. 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