Mondumlaufbahn

Erster Mondsatellit Luna 10 von 1966.

Ein Mondsatellit ist eine Raumsonde, die als Orbiter in eine Umlaufbahn um den Erdmond gebracht wird.

Das Erreichen einer Mondumlaufbahn ist eine durchaus anspruchsvolle Aufgabe der Raumfahrt, die schon beim Start ein hohes Maß an Steuerungstechnik erfordert. Noch komplexer ist das Manöver beim Abbremsen, das in der Umgebung des Mondes erforderlich ist, um die überschüssige Geschwindigkeit der Sonde abzubauen. Andernfalls würde sie am Mond vorbeifliegen und in eine Sonnenumlaufbahn eintreten – also ein künstlicher Planet werden.

Erfordernisse zur Erreichung der Mondumgebung

Allein schon um einen nahen Vorbeiflug am Mond zu erreichen, muss die Brennschlussgeschwindigkeit der obersten Raketenstufe auf etwa ein Promille genau eingehalten werden, weshalb z. B. die energetisch günstigen Feststoffraketen praktisch ausscheiden. Auf wenige Hundertstel Grad ist auch die Richtung des "Schusses" einzuhalten (d.h. die Flugrichtung der Sonde beim Übergang von der Erdumlaufbahn zum Mondflug), sowie das Startfenster auf wenige Sekunden (wegen der veränderlichen Winkelstellungen im Erde-Mond-System).

Obwohl bereits in den ersten Jahren der Raumfahrt Sonden auf den Mond gesteuert werden sollten (siehe harte Landung), gelang dies der UdSSR und den USA erst nach jeweils vier Fehlversuchen.

Siehe auch: Chronologie der Mond-Missionen.

Denn anfangs war die Steuerung von Raketenstarts noch zu ungenau, sodass es – von Fehlstarts ganz abgesehen – statt des "direkten Schusses" meist ein Vorbeiflug in 6.000 bis 60.000 km Entfernung wurde. Deshalb ging man in den 1960er Jahren dazu über, die Sonde zunächst auf eine Parkbahn um die Erde zu bringen. Erst nach genauer Bahnvermessung dieser Flugbahn errechnete man die erforderliche (positive) Geschwindigkeitskorrektur sowie Zeitpunkt und Brenndauer des Bahnmanövers für die Übergangsbahn zum Mond. Diese war so abzustimmen, dass die Sonde gleichzeitig an jenem Punkt der Mondbahn ankam, zu dem ihn der Mond selbst nach der erforderlichen Flugdauer erreichte.

Bahnmanöver zum Einschwenken in die Mondumlaufbahn

Der nächste kritische Moment ist das Brems- bzw. Bahnmanöver, um in einen Mondorbit einzuschwenken. Auch er muss nach Zeitpunkt, Richtung und Geschwindigkeitsänderung genau stimmen.

Eine von der Erde zum Mond fliegende Sonde muss nach dem Start annähernd die zweite kosmische Geschwindigkeit von 11,2 km/s erreichen, d.h. die zum Verlassen des Erdschwerefeldes erforderliche Fluchtgeschwindigkeit. Sie entspricht 140,7% der Kreisbahngeschwindigkeit – d.h. die Geschwindigkeit in der Parkbahn ist um etwa 40% oder annähernd 4000 Meter pro Sekunde zu erhöhen ,was in einem Winkel etwa 90° quer zur Mondrichtung zu erfolgen hat.

Wenn die Sonde dann den schwerelosen Punkt zwischen Erde und Mond erreicht (aus Zeitgründen darf dies nicht zu langsam sein), beginnt sie "in Richtung Mond zu fallen" und würde ungebremst um diesen "herumfallen" oder mit etwa 2000 m/s auf dem Erdtrabanten aufschlagen.

Der Abbau der überschüssigen Geschwindigkeit (kinetische Energie) erfolgt durch Bremsraketen, die genau in Richtung der Bahnbewegung zünden müssen. Erfolgt die Bremsung im richtigen Ausmaß, so schwenkt die Sonde in den Mondorbit ein. Die Bahnebene, in der dies erfolgt, ergibt sich aus der gegenseitigen Stellung von Erde und Mond beim Raketenstart, aus dessen Richtung (geografische Breite / Azimut) und der seither vergangenen Zeit.

Wissenschaftliche und technische Ziele von Mond-Orbitern

Siehe auch

• Bahnbestimmung, Kurskorrektur, Kreiselstabilisierung
• Mondsonde, Luna-Programm, weiche Landung
• Lunar Orbiter, Lunar Prospector, Clementine (Sonde)

Literatur

• Hans Reichardt: Künstliche Erdsatelliten. Akad.-Verl., Berlin 1959
• Rainer M. Wallisfurth: Russlands Weg zum Mond. Econ, Düsseldorf 1964