Bahnmanöver

AlsBahnmanöverwird in derRaumfahrtund Himmelsmechanik bzw.Raumflugmechanikein Vorgang bezeichnet, mit dem ein künstlicherErdsatellitoder ein interplanetarerFlugkörperdurch zeitlich begrenzte Zündung einesRückstoß-Motors gezielt auf eine andere Bahn gebracht wird.

Gegenstand von Bahnmanövern ist immer eine dosierte Änderung derGeschwindigkeit(Beschleunigung, Bremsung) in Betrag und/oder Richtung. Für größere Änderungen ist ein abschaltbarerRaketenmotorerforderlich (mitflüssigemTreibstoff oder evtl. mitIonenantrieb); für kleinere Änderungen genügen Düsen für komprimiertes Gas.

Da neben der Dosierung des Rückstoßes (nach hinten, bzw. vorne) auch seine genaueRichtungentscheidend ist, muss der Flugkörper imRaumstabilisiertsein (gravitative,magnetischeoderKreiselstabilisierung). Diese Instrumente können auch durch geeignete Sensoren wieSternsensorenergänzt oder überprüft werden.

Der Zweck eines Bahnmanövers kann sein:

• beiErdsatellitenbzw. bei künstlichen Satelliten um denMondoder andere Planeten:
  • die Vergrößerung derBahnachse(Flughöhe) oderUmlaufzeit(durch Beschleunigung)
  • die Verringerung der Bahnachse, Flughöhe oder Umlaufzeit (durch Bremsung)
  • die Erzielung einer bestimmtenBahnform(z. B.Kreisbahn,Rendezvousmanöver,sonnensynchroneBahn)
  • die Änderung derBahnebene(durch seitliche Beschleunigung)
  • eine kleineKurskorrektur(meist durch Gasdüsen);
• beiMondsondenoder interplanetarenRaumsonden:
  • die Vergrößerung oder Verkleinerung der Bahnachse (siehe oben)
  • das Ansteuern einerÜbergangsbahnzu einem anderen Himmelskörper
  • das Einschwenken in eineUmlaufbahnum diesen (siehe auchMondsatellit) oder das Verlassen einer solchen zu Weiterflug oder Rückkehr
  • die Einleitung einesLandemanövers
  • das Ansteuern einesSwing-byan einem Himmelskörper (Gravitationsmanöverszur Erhöhung oder Erniedrigung der Bahnenergie)
  • Kurskorrekturen zur Feinabstimmung der Flugbahn oder ihres Zeitablaufs.

Geschichtliche Entwicklung

In den ersten Jahren der Raumfahrt war die Technik von Bahnmanövern noch nicht entwickelt, sodass die erreichten Bahnen ausschließlich davon abhingen, wie genau derRaketenstartgesteuert werden konnte. Die Abweichungen der Brenndauer bzw. derBrennschlussgeschwindigkeitvomSollwertbetrugen typischerweise einige Promille, die Richtungsfehler einige Zehntelgrad. Bei den erstenMondsondenbewirkten diese Fehler, dass z. B. aus einer geplanten "harten Landung"auf dem Erdtrabanten einVorbeiflugim Abstand zehntausender Kilometer wurde.

Später ging man dazu über, vor derÜbergangsbahnzum Mond oder zu Mars/Venus eine sogenannteParkbahnum die Erde einzuschieben. Nach genauerBahnvermessungkonnte dann die erforderlicheBeschleunigungwesentlich genauer dosiert werden, als direkt mit einer längeren Brenndauer der oberstenRaketenstufe.

Der Flug heutiger Raumsonden kann hundert- bis tausendfach genauer als damals gesteuert werden, was aber eine komplexe Aufeinanderfolge mehrerer Bahnmanöver erfordert. Das erste Mal wurde eine solche Serie von Manövern beim Flug der MerkursondeMariner 10zwischen November 1972 und März 1975 angewandt:

• Genaue Bahnbestimmung der Parkbahn
• Einschuss in eine Übergangsbahn zum PlanetenVenus
• Bahnmanöver für ein genauesSwing-byan der Venus, was dieBahnenergieum 60 % verringerte (ist zum ErreichensonnennaherPlaneten erforderlich)
• feine Modifikation der Bahnachse (Abstand von derSonne)
• letzteKurskorrekturenin Merkurnähe für den ersten Vorbeiflug
• zeitliche Abstimmung des Sonnenumlaufs, um nach zwei Merkurumläufen (2× 88 Tage) nochmals in dessen Nähe zu gelangen
• Bahnkorrekturen für einen dritten Anflug in geringerer Flughöhe.

Noch komplizierter waren die Flüge derVoyager-Sonden zu Jupiter und den äußerenGasplaneten,wobei noch spezielle Annäherungen an einigeJupitermondedurchgeführt wurden.

Auch die neuerenKometensondenund die PlutosondeNew Horizonswurden so gezielt gesteuert, dassGravity-Assist-Manöver und Vorbeiflüge an weiteren Himmelskörpern möglich wurden.

Siehe auch

• Interplanetare Navigation

Literatur

• Richard Heinrich Giese:WeltraumforschungBand I, Kapitel IVAnwendung der Raumflugmechanik.BI-Hochschultaschenbuch 107/107a, Bibliogr.Inst., Mannheim 1966
• August W. Quick:Komponenten der Raumfahrt. Steuerung und Regelung in der Raumfahrttechnik.Springer-Taschenbuch, 2013
• Manfred Baur:Planeten und Raumfahrt – Expedition ins All.Tessloff-Verlag 2001