{"id":8688,"date":"2013-10-24T00:13:49","date_gmt":"2013-10-23T22:13:49","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=8688"},"modified":"2013-11-02T09:43:27","modified_gmt":"2013-11-02T08:43:27","slug":"ueber-den-mond-in-den-geo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2013\/10\/24\/ueber-den-mond-in-den-geo\/","title":{"rendered":"&Uuml;ber den Mond in den GEO"},"content":{"rendered":"<p>Von einem normalen GTO&nbsp; in den GEO gelangt ein Satellit indem er im Apog&auml;um gleichzeitig die Bahn anhebt und durch die Neigung des Geschwindigkeitsvektors zur Bahnebene die Inklination erniedrigt. Die Geschwindigkeit ist errechenbar nach<\/p>\n<p>V<sub>differenz<\/sub> = \u221a(V<sub>Start<\/sub>\u00b2 + V<sub>Ende<\/sub>\u00b2 &#8211; 2 x V<sub>Start<\/sub> x V<sub>Ende<\/sub> x Cos(Winkel))<\/p>\n<p>V<sub>differenz<\/sub>&nbsp; steigt rasch am an f&uuml;r 5 Grad (Kourou) betr&auml;gt sie 1490 m\/s. F&uuml;r 28,9 Grad (CCAF) sind es schon 1834 m\/s und f&uuml;r 51,6 Grad (Baikonur) &uuml;ber 2400 m\/s. W&uuml;rde man von Plessezk aus starten, dem n&ouml;rdlichsten Startplatz, so w&auml;ren es 2802 m\/s. Das ist fast das doppelte. (siehe Grafik)<!--more--><\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignleft\" alt=\"Inklinations&auml;nderung\" src=\"\/img\/inklinationaenderung.png\" width=\"1067\" height=\"800\" align=\"left\" \/>Je weiter hinaus die Ellipse geht desto geringer werden V<sub>Star<\/sub><sub>t<\/sub> und V<sub>Ende<\/sub>, das hei&szlig;t beim Zirkularisieren braucht man weniger Energie. Daher gibt es auch die Strategie des supersynchronen Orbits.&nbsp; Er m&uuml;sste aber um im \u0394v gleichwertig mit einem vom CSG aus sein beim Start vom CCAF bis in 118.000 km H&ouml;he f&uuml;hren und bei Baikonur sind es schon 236.000 km. F&uuml;r 65 grad Inklination (Plessezk) w&auml;ren es schon 315.000 km.<\/p>\n<ul>\n<li>Da liegt die &Uuml;berlegung nicht fern, gleich den Mond zu nutzen um:<\/li>\n<li>Die Inklination auf 0 Grad abzubauen<\/li>\n<li>Das Perig&auml;um auf 35786 km H&ouml;he anzuheben<\/li>\n<\/ul>\n<p>Prinzipiell geht dies energetisch, vielleicht nicht in einem Vorbeiflug. Offen ist ob es geometrisch geht, man also eine Bahn findet die gerade so ausgelegt ist, dass der Mond im richtigen Korridor passiert wird. Beim Asisat wo man dies machte f&uuml;hrte die Bahn ja noch weiter hinaus, bis auf 488.000 km Entfernung. Allerdings ist da der zus&auml;tzliche antriebbedarf gering. Ich will im folgenden mal ein &#8222;Best case&#8220; Szenario entwerfen das auf folgenden Daten beruht:<\/p>\n<p>Es reicht die Sonde auf eine 200 x 384.000 km Bahn zu bef&ouml;rdern<\/p>\n<p>Der Mond baut die Inklination auf 0 Grad ab und hebt das Perig&auml;um auf 35786 km an.<\/p>\n<p>Wie sieht dies energetisch aus?<\/p>\n<p>Nun um in den GTO zu kommen braucht man 10239,4 m\/s. F&uuml;r den Transferoribit zum Mond braucht man 10917,6 m\/s. das sind erst mal 678,2 m\/s mehr. Um das Apog&auml;um von 384.000 km H&ouml;he abzusenken (vorausgesetzt die Mondpassage hat es nicht verschoben) braucht man 1056,2 km\/s. Das sind zusammen 1734,4 m\/s. Das ist weniger als ein kombiniertes Man&ouml;ver vom CCAF auf das 1823 m\/s erfordert. Es entspricht ungef&auml;hr dem Energieaufwand f&uuml;r eine Inklinations&auml;nderung um 24 Grad.<\/p>\n<p>Das bedeutet es lohnt sich. Zumindest im Idealfall. Im Realfall braucht man meist noch etwas Treibstoff f&uuml;r Kurskorrekturen und man wird nicht die ideale Bahn erreichen und auch der Mond wird die Inklination nicht vollst&auml;ndig abbauen, das kann er nur wenn er selbst gerade den &Auml;quator kreuzt, das die Startfenster deutlich absenkt. Bei Arabsat war die erste Bahn eine in 488.000 km H&ouml;he und die endg&uuml;ltige eine in 35786 x 488.000 km x 8 Grad.<\/p>\n<p>F&uuml;r die erste Bahn braucht man eine Geschwindigkeit von 10936,7 m\/s, also nur wenig mehr (697,3 m\/s anstatt 682,2). In der endg&uuml;ltigen Bahn lohnt es sich zuerst die Inklination abzusenken (49.7 m\/s) und dann erst das Apog&auml;um zu erniedrigen (1099,3 m\/s). Das sind dann zusammen 1846,3 m\/s. Rechnet man noch 30 m\/s f&uuml;r kleinere Kurskorrekturen hinzu ist man nur wenig &uuml;ber dem Wert f&uuml;r CCAF. Prinzipiell ist diese Methode also lohnend f&uuml;r alle n&ouml;rdlichen Startpl&auml;tze angefangen mit den Chinesischen, aber auch Japanischen. Dort ist der Gewinn aber noch klein. Richtig lohnend ist es bei Starts von Baikonur aus, oder wenn Russland mal GEO-Starts von Plessezk aus durchf&uuml;hren sollte auch dort.<\/p>\n<p>F&uuml;r die Rakete hat es auch eine Vorteile. Beim derzeitigen Bahnregime muss die Breeze-M sehr oft &uuml;ber mehrere Stunden gez&uuml;ndet werden. Das ging schon des &Ouml;fteren schief. Nun reicht eine Z&uuml;ndung (es entf&auml;llt sogar die bei SSGTO und GTO &uuml;bliche zweite Z&uuml;ndung &uuml;ber dem &Auml;quator).&nbsp; Damit w&auml;re diese Strategie f&uuml;r Stufen geeignet die leicht verdampfende Treibstoffe haben. Das &#8222;Aber&#8220; liegt nur darin, dass kein Kommunikationssatellit so entworfen wurde, dass man ihn in dieser Entfernung noch &#8222;anfunken&#8220; kann. Das geschieht &uuml;ber Niedriggewinnantennen., Die gro&szlig;en Antennen sind nur f&uuml;r die Sender und Empf&auml;nger f&uuml;r die Telekommunikation vorgesehen, nicht aber Telemetrie.<\/p>\n<p>Im Prinzip lohnt sich der Umweg zum Mond (oder allgemeiner: extrem elliptische Bahnen mit Inklinations&auml;nderung im Apog&auml;um) immer dann, wenn man eine gro&szlig;e Inklination abbauen muss. Das liegt vor, wenn die Zielinklination kleiner als die Startinklination ist (es ist also unsinnig so polare Bahnen erreichen zu wollen, das geht anders einfacher). Denkbar w&auml;re eine Zweckentfremdung wenn man mit einem Start eine Nutzlast in den GTO und polaren SSO bringen will.<\/p>\n<p>Das s&auml;he so aus:<\/p>\n<ul>\n<li>Zwei Satelliten gelangen in einen GTO. Hier angenommen: 200 x 35786 km x 5 Grad.<\/li>\n<li>Ein Satellit fliegt in den GTO, der zweite z&uuml;ndet sein Triebwerk (200 x 384400 km +678,2 m\/a)<\/li>\n<li>Der Mond erh&ouml;ht die Inklination auf 98,6 Grad. Neue Bahn 800 x 384400 km (ohne Mond: + 273,9 m\/s)<\/li>\n<li>im Perig&auml;um wird das Triebwerk erneut gez&uuml;ndet, es resultiert eine 800 x 800 x 98,6 Grad SSO Bahn (2991,5 m\/s)<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das sind zusammen 3669,7 (mit Mond) bzw. 3943,6 m\/s (ohne Mond). Ziemlich viel, mit chemischen Treibstoff reduziert das die Ankunftsmasse auf 31% der Startmasse. Aber ohne diesen Umweg w&auml;ren es 4745,m\/s gewesen. Noch etwas h&ouml;her w&auml;re der Aufwand bei niedrigeren ersten Orbits wie dem Galileo-Transferorbit.<\/p>\n<p>Ich kam auf die Idee, weil ich gerade feststellte das an anderer Stelle &uuml;ber die Strategie wie SES-8 bef&ouml;rdert wird diskutiert. Ich bin bisher von einem Standard-GTO beim Start ausgegangen und wollte mal sehen was ein SSGTO an Nutzlast kostet. Dabei&nbsp; fiel mir wieder auf, das bei Falcon 9 und Falcon Heavy die Nutzlasten nicht zusammenpassen. Wenn die LEO-Nutzlasten richtig sind, dann sind die GTO Nutzlasten zu niedrig und wenn die Falcon 9 Nutzlasten korrekt sind, sind die der Falcon Heavy zu hoch. Nimmt man an, dass die Falcon 9 &#8222;v1.1&#8220; in etwa die gleiche Geschwindigkeit wie die Falcon 9 erreicht, so kommt man auf 14,1 t in den LEO und 3,9 t in den GTO. Da keine genauen Bahndaten (H&ouml;he, Inklination) angegeben werden gibt es einen Fehler, ebenso kann sein, das man bei LEO-Missionen eine Bergung versucht die ja mindestens 15% Nutzlast kostet. W&auml;ren es Standardorbits (186 km Kreisf&ouml;mig,28,8 Grad f&uuml;r LEO, 186 x 35886 km x 27,9 Grad f&uuml;r GTO), dann d&uuml;rfte die Oberstufe leer nur 2,2 t wiegen bei rund 90 t Treibstoffzuladung, was definitiv physikalisch nicht m&ouml;glich (im besonderen wenn dieselbe Oberstufe bei der Falcon Heavy 50 t Last tragen soll).<\/p>\n<p>In jedem Falle wird ein Ariane 5-kompatibler SSGTO die Nutzlast stark absenken. Wenn die 4,85 t stimmen, auf etwa 3,4 t, wenn die 3,9 t stimmen sogar auf 2,7 t. So relativiert sich de g&uuml;nstige Preis wieder,. Aber wie ihr wisst stimmt auch sonst einiges bei SpaceX nicht.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/vg09.met.vgwort.de\/na\/916314ba03a242df85d7b239241d2f7f\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"\/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Von einem normalen GTO&nbsp; in den GEO gelangt ein Satellit indem er im Apog&auml;um gleichzeitig die Bahn anhebt und durch die Neigung des Geschwindigkeitsvektors zur Bahnebene die Inklination erniedrigt. 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