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Die Lösung für ein überflüssiges Problem: schnell zu Merkur

Posted on by Bernd Leitenberger

Merkur ist der innerste der Planeten. Anders als alle anderen inneren Planeten hat er aber selten Besuch bekommen. 1974/75 besuchte ihn dreimal die Raumsonde Mariner 10. Dies war eine Vorbeiflugmission. Es folgte 2004 Messenger. Sie schwenkte im März 2011 in einen Orbit ein. Es soll noch BepiColombo folgen, ebenfalls eine Orbitermission, diesmal aber mit zwei Orbitern. Ursprünglich war auch ein Lander geplant, doch er fiel Budgetrestriktionen zum Opfer. Auch BepiColombo wird sieben Jahre brauchen, um Merkur zu erreichen. Demgegenüber schaffte Mariner 10 den Weg in weniger als fünf Monaten. Da bin ich beim heutigen Blogthema: schnell zu Merkur. Wie schnell geht es?

Nun um die Frage kurz zu beantworten: Natürlich geht es schnell. Doch der Preis ist, dass man ein hohes ΔV zur Merkur-Umlaufbahn bei der Ankunft hat. Das muss man abbauen und das kostet Treibstoff. Ich will den Artikel nicht mit Berechnungen vollstopfen. Es sind ohnehin nur zwei Formeln nötig: Die Geschwindigkeit eines Körpers um einen anderen erhält man mit der Vis-Viva Gleichung, wenn man die Bahnparameter und momentanen Abstand kennt. Die Geschwindigkeit, die man braucht, um von einer Sonnenumlaufbahn in eine Planetenumlaufbahn zu gelangen (und umgekehrt) erhält man mit dem hyperbolischen Exzess. Beides ist in meinen Grundlagenartikeln erläutert. Continue reading „Die Lösung für ein überflüssiges Problem: schnell zu Merkur“ →

“Dragon 2 is designed to be able to land anywhere in the solar system”

Posted on by Bernd Leitenberger

Ach ja der gute Musk, er haut einen Witz nach dem nächsten raus. Der letzte ist der obige. Doch da es Leute gibt die nicht das technische Wissen haben den Witz als solchen zu erkennen, prüfen wir ihn mal auf die Wahrheit.

Da weder die NASA noch SpaceX ein bemanntes Programm jenseits des Erdorbits haben befasse ich mich nur mit unbemannten Missionen. Bemannt könnte man mit der Falcon 9 zwar den Mond erreichen – doch eine Falcon Heavy kann nicht so viel Nutzlast transportieren damit sie auch wieder zurückkommen. Die NASA selbst entwickelt mit der Orion aber ihr eigenes Raumschiff.

Auch bei unbemannten Missionen werden es SpaceX-Missionen sein, denn egal wie billig die Dragon ist, die NASA baut derzeit Raumsonden mit einer Trockenmasse von 0,5 bis 1 t und da eine 6 t schwere Dragon einzusetzen wäre ungefähr so als würde man mit dem Schwerlasttransporter den Einkauf erledigen der in zwei Einkaufstüten passt.

Also fangen wir mal an. Die Dragon 2.0 wiegt leer 6,0 t nach Spacex. Die Dragon 1 konnte maximal 1,2 t Treibstoff aufnehmen. Ich nehme an dass dies auch für die Dragon 2 zutrifft. Mehr Treibstoff erfordert weitere Tanks. Da diese wie die Super-Draco Triebwerke druckstabilisiert sind sind sie recht schwer. Nimmt man die Strukturfaktoren der EPS-Stufe so wiegen die Tanks für 1000 kg Triebstoff 100 kg inklusive des nötigen Druckgases und der Druckgasflasche. Von diesem Verhältnis gehe ich bei den folgenden Betrachtungen aus. Continue reading „“Dragon 2 is designed to be able to land anywhere in the solar system”“ →

Warum startete Mariner 10 als Einzelsonde?

Posted on by Bernd Leitenberger

Das Marinerprogramm umfasste zehn Sonden, bis auf zwei waren alles Doppelstarts. Die beiden Ausnahmen waren Mariner 5 und Mariner 10. Mariner 5 war das Reserveexemplar von Mariner 3+4, das umgebaut und zur Venus geschickt wurde. Doch Mariner 10 war nicht das Reserveexemplar von Mariner 8+9, auch wenn man viele Teile aus diesem Programm übernahm. Die Anforderungen waren doch zu unterschiedlich. Mariner 10 sollte sich bis auf 67 Millionen km der Sonne nähern, während Mariner 10 den Mars in 206 bis 249 Millionen km Entfernung umrundete. Daneben war Mariner 8+9 Orbiter und Mariner 10 eine Vorbeiflugsonde die die Daten in kurzer Zeit sammeln musste, während Mariner 9 sich am Mars viel zeit lassen konnte und die ersten Wochen auch erst warten bis ein globaler Staubsturm abflaute. Warum also war Mariner 10 nur ein Einzelstart? Meinte man das Risiko für einen Fehlstart sei mittlerweile geringer als vorher? Continue reading „Warum startete Mariner 10 als Einzelsonde?“ →

Raumfahrträtsel 11

Posted on by Bernd Leitenberger

Mariner 10 Aufnahme der VenusDie erste Raumsonde die ein Swing-By Manöver durchführte war Mariner 10. Zwar startete Pioneer 11 vorher, doch als sie bei Jupiter ankam und dort das zweite Fly-By durchführte, war Mariner 10 schon an der Venus vorbeigeflogen.

Ich will nicht die Grundlagen des Fly-By oder Swing-By erläutern. Das habe ich an anderer Stelle getan. Das Grundprinzip ist, dass ein Vorbeiflug an einem Planeten die Bahn eines Himmelskörpers krümmt. Relativ zum Planeten behält die Raumsonde ihre Geschwindigkeit. Durch die Bahnkrümmung und die Eigengeschwindigkeit des Planeten wird aber die solare Bahn verändert.

Beobachtet wurde das schon bei den ersten Raumsonden. Mitte der sechziger Jahre war es erstmals möglich die Bahnen zu berechnen die resultierten und damit zu planen eine Raumsonde von einem Planeten zum nächsten zu schicken. Doch bis dies in praktisch umsetzbar wurde vergingen noch einige Jahre. Das erste war dass die Lebensdauer der Raumsonden zu steigern – Mariner 2 fiel kurz nach dem Vorbeiflug aus. Doch Mariner 4 arbeitet noch zwei Jahre nach dem Start. Das zweite war es eine Bahn mit hoher Genauigkeit zu erreichen: Ein Fehler beim Vorbeiflug von 1 km bewirkt typischerweise eine Bahnabweichung von über 1.000 km beim nächsten Ziel. Bei den ersten Raumsonden war man froh wenn man einen Zielpunkt auf 10.000 oder 1.000 km genau erreichte. Beim Swing-By musste mit den damals vorhanden Treibstoffvorräten dies auf unter 100 km gesteigert werden. 1969 gelang dies bei Mariner 6+7. Continue reading „Raumfahrträtsel 11“ →