{"id":1971,"date":"2009-11-18T16:35:30","date_gmt":"2009-11-18T15:35:30","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=1971"},"modified":"2009-11-18T16:35:30","modified_gmt":"2009-11-18T15:35:30","slug":"warum-raumsonden-eine-aktive-steuerung-brauchen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2009\/11\/18\/warum-raumsonden-eine-aktive-steuerung-brauchen\/","title":{"rendered":"Warum Raumsonden eine aktive Steuerung brauchen"},"content":{"rendered":"

So während der Upload des Buchblocks für Buch Nummer Sechs – und damit das letzte in diesem Jahr lauft ein neuer Blog. Etwas Reklame dafür gibt es dann wenn es in 1-2 Wochen lieferbar ist an dieser Stelle. Nachdem meine Kurzweilligen Blogs wohl keinen interessieren oder meine Blogleser Angst vor ihren Frauen haben und keinen Kommentar hinterlassen wollen, heute wieder einen tiefschürfenden Blogeintrag aus der Rubrik „Bernd erklärt die Raumfahrt“. Satelliten kommen ja im Extremfall ohne Steuertriebwerke aus. Für viele reicht es die räumliche Lage zu ändern. Das geht auch mit anderen Maßnahmen wie Drallrädern oder der Ausrichtung nach dem Magnetfeld mit metallenen und unter Spannung gesetzten Auslegern.<\/p>\n

Kann man auch Raumsonden ohne Steuerungsmöglichkeiten bauen? Nun die ersten hatte keine, doch dazu später mehr. Fangen wir an mit einem ersten Beispiel. Wir schicken eine Raumsonde zum Mond. Nun gibt es erst mal Fehler beim Einschuss. Eine Stufe berechnet zwar die Bahn laufend neu, aber zwischen zwei Berechnungen beschleunigt sie weiter. Bei 10-20 Bestimmungen pro Sekunde und 0,5 – 2 g Beschleunigung resultiert ein Fehler von rund 1 m\/s. Je langsamer die Stufe beschleunigt desto kleiner ist der Fehler. Bei der letzten Ariane 5 Mission waren es z.B. nur 0,3 m\/s.<\/p>\n

Ziel soll der Mond sein, der nach 3 Tagen erreicht wird. Ein Raumschiff wird bestrebt sein, sich dem Mond recht nahe zu nähern ohne ihn zu rammen, da dann der Geschwindigkeitsbedarf minimal wird. Steht die Brenndauer fest, so kann eine falsche Distanz nicht nur dazu führen dass eine unplanmäßige Bahn erreicht wird, sondern dass die Treibstoffvorräte gar nicht ausreichen.<\/p>\n

Machen wir erst mal eine Lieschen-Müller Rechnung: Es soll keine Orbitalgesetzte geben und eine Abweichung von 1 m\/s zur Seite soll vorhanden sein. Dann würde die Raumsonde in jeder Sekunde sich um 3,6 km (3600 s * 1 m\/s) von der idealen Position entfernen. Nach 3 Tagen wird so eine Abweichung von 259,2 km erreicht. Apollo näherte sich bis auf 110 km dem Mond – Im Extremfall wäre ohne Kurskorrektur wäre sie also auf dem Mond aufgeschlagen.<\/p>\n

Nun gelten aber die Orbitalgesetze und eine andere Geschwindigkeit bedeutet dann auch einen anderen Orbit. Wäre der ideale Orbit z.B. einer von 200 x 385.000 km Bahn, so bedeuten z.B. 1 m\/s in der Geschwindigkeit einen neuen Orbit von 389.500 km Erdferne, also fast 5000 km mehr. Die Raumsonde braucht? 4 d 11 h 59 m 46 s um an die Position zu kommen und erreicht sie mit einer Geschwindigkeit von 236,8 m\/s. Beim ursprünglichen Orbit wären es 5 d 2 h 42 m 4 s gewesen und 184 m\/s. Die Sonde kommt also rund 14 Stunden zu früh an mit rund 50 m\/s zu hoher Geschwindigkeit. Auch räumlich wäre durch die andere Form der Ellipse eine andere Position erreicht worden.<\/p>\n

Was hat dies zur Folge? Nun der Mond steht nicht still. Er umrundet die Erde in dieser Entfernung mit 1010 m\/s, das bedeutet in 14 Stunden legt er rund 51.000 km zurück. Er würde sich also wenn die Raumsonde früher an der Mondumlaufbahn befindet an einer ganz anderen Position befinden. Daraus wird klar: Will man den Mond erreichen und hat keine Kurskorrekturmöglichkeit, so muss man die Bahn mit sehr hoher Genauigkeit erreichen.<\/p>\n

So verwundert es nicht, dass dies bei den ersten Raumsonden ohne eigene Triebwerke misslang:<\/p>\n