Beim Eintritt eines Raumschiffs in eine Planetenatmosphäre treten durch die Reibung gewaltige Hitzebelastungen auf. Die häufigste Form eines Hitzeschilds ist eine langsam abdampfende Schicht. Diese Schicht muss, um effektiv zu sein, eine hohe spezifische Verdampfungswärme, einen hoher Schmelzpunkt und geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Das verdampfende Material erzeugt eine dünne Gasschicht zwischen dem
Raumfahrzeug und der Atmosphäre. Diese Gasschicht verhindert einen zu grosser Wärmefluss auf das Raumfahrzeug.
Aerodynamische Bremsung
Will man ein Raumfahrzeug in die Umlaufbahn um einen fremden Planeten bringen, so hat man das Problem, dass es bei der Ankunft zu schnell ist. Ohne Bremsung kommt es nur zu einem einmaligen Vorbeiflug. Die klassische Methode besteht im Zünden eines Triebwerks. Die Methode der Aerodynamischen Bremsung besteht darin, tangential zum Planeten durch die obersten Schichten der Atmosphäre zu fliegen, um so die gewünschte Bremswirkung zu erreichen. Der Mars Global Surveyor verringert mit aerodynamischer Bremsung bei jedem Umlauf die Exzentrizität seiner Bahn, bis schliesslich die gewünschte kreisförmige Bahn knapp über der Marsatmosphäre erreicht ist. Ohne aerodynamische Bremsung wäre der Mars Global Surveyor wegen des für die Bremsung benötigten Treibstoffs viel schwerer und teurer gewesen.
Apogäum
Der erdfernste Punkt einer Umlaufbahn um die Erde wird Apogäum genannt, der erdnächste Punkt Perigäum.
Apollo
Das Raumfahrtprogramm Apollo wurde von den USA 1961 als Antwort auf die Erfolge der Sowjetunion in der Frühgeschichte der Raumfahrt gesehen. Nach der legendären Rede des amerikanischen Präsidenten JF Kennedy vom 25. Mai 1961 war es das Ziel der USA, vor Ablauf des Jahrzehnts der 60er Jahre einen Menschen zum Mond zu bringen. Das Apolloprogramm begann mit einem Rückschlag, als am 27. Januar 1967 bei einem Bodentest der Apollokapsel drei Astronauten (Gus Grissom, Edward White und Roger Chaffee) durch ein Feuer in der Kapsel ihr Leben verloren.
Das Konzept bestand darin, einen Lander und ein in der Mondumlaufbahn verbleibendes Raumschiff mit einer Saturn 5 Trägerrakete auf Mondkurs zu bringen. Nach Tests in der Erdumlaufbahn und in der Mondumlaufbahn erfolgte schliesslich am 20. Juli 1969 um 19 Uhr 18 Weltzeit mit Apollo 11 die erste Landung des Menschen auf einem fremden Himmelskörper. Um 2 Uhr 56 Uhr Weltzeit am 21 Juli 1969 betrat Neil Amstrong den Mond. Begleitet wurde er von Edwin E. Aldrin. Mike Collins blieb in der Mondumlaufbahn zurück.
Mit Apollo 12, 14, 15, 16 und 17 erfolgen bis Ende 1972 noch weitere erfolgreiche Mondlandungen. Apollo-Sojus im Juli 1975 markierte mit einer Begegnung der USA mit der Sowjetunion in der Erdumlaufbahn den Abschluss des Apolloprogramms.
Ariane
Name der europäischen Trägerrakete. Seit dem ersten Testfug
am 24.12.1979 wurden über 100 Starts durchgeführt.
Bahn
Der Weg eines Himmelskörpers im Raum. Dominiert die Schwerkraft eines großen Körpers in der Nachbarschaft, so kann die Bahn in der klassischen Physik nach Kepler und Newton durch Kelgelschnitte (Kreis, Ellipse, Parabel und Hyperbel) beschrieben werden.
Cassini
Amerikanische Raumsonde zur Erforschung von Saturn, seinen Ringen und Monden. Cassini befindet sich nach einer sieben Jahre dauernden Reise seit Juli 2004 in einer Saturnumlaufbahn.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Chemische Treibstoffe
Die bis Deep-Space 1 (solarelektrischer Antrieb) einzig tatsächlich
gebrauchte Antriebsmethode nützt die Reaktionsenergie bei der Oxydation eines Brennstoffes aus, um damit die gasförmigen Produkte möglichst schnell und parallel aus der Brennkammer treten zu lassen. Die höchsten Leistungen werden dabei bei der Verbrennung von Wasserstoff erreicht. Die Austrittsgeschwindigkeit des Wasserdampfs beträgt etwa 4.5 km/s. Da sich der kryogene, flüssige Wasserstoff nur schlecht lagern lässt, ist er nur für Trägerraketen vom Boden in eine Erdumlaufbahn geeignet. Soll Treibstoff an Bord über Tage oder gar Jahre gelagert werden, muss auf andere Kombinationen ausgewichen werden. Beim Apolloprogramm verwendete man für den Einschuss in die Mondumlaufbahn und den Rückstart von der Mondumlaufbahn unsymmetrisches Dimethylhydrazin und Stickstofftetroxyd.
Daedalus
Theoretische Projektstudie eines interstellaren Raumschiffs mit Kernfusionsantrieb.
Siehe: FAQ
Delta-Rakete
Bis heute im Einsatz stehende Trägerrakete der USA. Sie wird z.B. für leichtere Marssonden eingesetzt.
ESA
Die European Space Agency wurde am 31. Mai 1975 gegründet.
Weitere Informationen finden sich auf dem www (hier).
Elektrische Antriebe
Beim elektrischen Antrieb wird der Schub des Triebwerks durch elektrische Beschleunigung und anschliessende Ausstossung geladener Teilchen erreicht. Die Raumsonde Deep-Space 1, die mit einem solchen Antrieb ausgerüstet ist, verwendet Edelgasionen, die mit 50 km/s ausgestossen werden. Die nötige Energie wird mit Solarzellen erzeugt. Elektrische Antriebe können nur einen sehr geringen Schub erzeugen, da dieser aber über viele Monate aufrecht erhalten werden kann, ist die erreichte Endgeschwindigkeit oder besser gesagt Geschwindigkeitsänderung um etwa eine Grössenordnung über der von chemischen Antrieben. Nur elektrische Antriebe lassen bemannte Marsrundreisen möglich erscheinen. Gewaltlösungen mit chemischen Antrieben werden wohl kaum jemals finanzierbar sein.
Fluchtgeschwindigkeit
Als Fluchtgeschwindikeit v bezeichnet man diejenige Geschwindigkeit, die mindestens erreicht werden muss, um aus einer bestimmten Entfernung r von der Mitte eines Planeten oder Sonne der Masse M dessen Schwerkraft zu überwinden. Das bedeutet, dass er mit der Fluchtgeschwindigkeit als Startgeschwindigkeit nie mehr zum Planeten zurückzufallen wird. Sie kann mit folgender Formel berechnet werden:
wobei G die Gravitationskonstannte
ist. Für den Start vom Erdboden ist v=11.3 km/s nötig. Für
die Flucht aus dem
Sonnensystem von der
Erdbahn aus muss 42 km/s erreicht werden.
Geostationäre Bahn
Knapp über der Erdatmosphäre beträgt die Umlaufzeit
eines Satelliten 90 Minuten, der Mond braucht in 380'000 km Entfernung einen Monat für einen Umlauf. Die Umlaufzeit nimmt also mit zunehmender Entfernung von der Erde zu. Es muss also eine Umlaufbahn geben mit einer Umlaufzeit die genau ein (Stern-)Tag beträgt. Ein solcher Satellit steht für einen Beobachter auf der Erde immer an derselben Stelle am Himmel. Deshalb sind alle Fernsehsatelliten auf dieser Bahn. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Satellitenschüssel der Bewegung des Satelliten nachzuführen. Geostationäre Satelliten befinden sich 36'000 km senkrecht über dem Äquator und haben eine Umlaufzeit von 23 Stunden 56 Minuten und 24 Sekunden. Natürlich werden die Bahnen von Unregelmässigkeiten im Erdkörper sowie durch die Anziehung von Sonne und Mond gestört, so dass die Position von der Bodenstation periodisch korrigiert werden muss.
Bild:
Bewegungen geostationärer Satelliten.
Im AIDA
finden sich einige sehr eindrückliche Animationen und Aufnahmen geostationärer Satelliten. Die Bilder wurden von
Stefano Sposetti gemacht.
Grand Tour
Unter Ausnützung des Geschwindigkeitszuwachs bei geschicktem Vorbeiflug an einem Planeten, kann man bei günstiger Konstellation von Planet zu Planet fliegen. In diesem Jahrhundert ergab sich die Möglichkeit, mit einem Start Ende der 70er Jahre alle äusseren Planeten d.h. Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun mit demselben Raumschiff zu besuchen, wobei nur der Treibstoff für den Flug bis zum Jupiter aufgewendet werden muss. Dieser Flug wurde schliesslich von der Raumsonde Voyager II realisiert, Sie startete am 20. August 1977. Im Juli 1979 flog sie an Jupiter, im August 1981 an Saturn, im Januar 1986 an Uranus und schliesslich im August 1989 an Neptun vorbei. Die Konstellation der Planeten wiederholt sich erst wieder im Jahre 2155. Dazwischen muss man via Jupiter direkt zum gewünschten, ausserhalb des Jupiter seine Bahn ziehenden Planeten fliegen.
Gravitationsstabilisierung
Nur der Schwerpunkt eines länglichen Satelliten ist schwerelos.
Am der Erde abgewandten Ende überwiegen die Fliehkräfte,
am der Erde zugewandten Ende überwiegt die Schwerkraft, so dass die vertikale Ausrichtung des Satelliten einen stabilen Gleichgewichtszustand darstellt. Der Mond ist ebenfalls gavitationsstabilisiert, er zeigt immer dieselbe Seite zur Erde.
Hitzeschild
Beim Eintritt eines Raumschiffs in eine Atmosphäre treten gewaltige Reibungskräfte auf, die beispielsweise Sternschnuppen verglühen lassen. Damit das nicht auch mit einem Raumschiff geschieht, muss man es mit einer hitzebeständigen Schicht versehen, so das die bei der Bremsung frei werdende Energie möglichst an die Atmosphäre und nicht an das Raumschiff abgegeben wird. Es werden vorwiegend Ablationshitzeschilde verwendet, das Shuttle verwendet wegen der Wiederverwendbarkeit Keramikkacheln.
Hohmannsches Paradoxon
Nehmen wir ein Raumschiff an, dass durch einmalige Zündung
seines Triebwerks in der Lage ist, seine Geschwindigkeit um einen bestimmten Betrag z.B. um 2 km/s zu erhöhen. Macht es das im freien Weltraum, so ist seine Geschwindigkeit logischerweise um 2 km/s grösser als zu Beginn. Nehmen wir nun an, das Raumschiff begegne mit v1=3 km/s einem Planeten z.B. Jupiter mit 3 km/s. Die Schwerkraft von Jupiter wird nun das Raumschiff schneller machen, bis 5000 km oberhalb der Atmosphäre des Jupiter 57.64 km/s Geschwindigkeit erreicht werden. Nach Zündung des Triebwerks ist das Raumschiff v=59.64 km/s = sqrt(u*u + v1*v1)+ 2 km/s schnell. Zum Vergleich: die Fluchtgeschwindigkeit aus 5000 km Höhe über den Jupiterwolken beträgt u = 57.55 km/s. Während des Wegfluges von Jupiter muss nun ein Teil der kinetischen Energie zur Überwindung der Jupiterschwerkraft aufgewendet werden. Was in grosser Entfernung des Jupiter davon übrig bleibt, sei v2 und berechnet sich zu v2=sqrt(v*v - u*u) = 15 km/s, was paradoxerweise viel grösser ist, als die erreichte Endgeschwindigkeit bei Zündung des Triebwerks im freien Weltraum. Dies ist das sogenannte Hohmannsche Paradoxon. Es hat aber nichts mit Swing-By (Vorbeiflugtechnik) zu tun.
Hohmanntransfer
Bezeichnung für den energiemässig günstigsten Flug von
einem Planeten zum anderen. Kreisförmige Planetenbahnen vorausgesetzt, stellt der Hohmanntransfer eine Ellipsenbahn um die Sonne dar, deren sonnennächster Bahnpunkt beim inneren und deren sonnenfernster Bahnpunkt beim äusseren Planeten liegt. Es muss vom Startplaneten dann gestartet werden, wenn
der Zielplanet bei der Ankunft der Sonde beim anderen extremen Punkt ihrer Bahn sich gerade auch dort aufhält. Um den Zeitpunkt des günstigsten Abflugzeitpunkt gibt es eine meist etwa einen Monat dauernde Zeitspanne, während derer die Bedingungen noch nicht allzu stark vom Idealfall abweichen, dies wird als Startfenster bezeichnet.
In der Realität des Sonnensystems, d.h. elliptische Bahnen, die sich nicht in derselben Ebene befinden, teilt sich das Startfenster in zwei diskrete Bereiche vor und nach dem theoretischen Datum des Hohmanntransfer
auf.
Hubbleteleskop
Teleskop mit 2.4 Meter Hauptspiegeldurchmesser, das im Weltraum um die Erde kreist.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Huygens
Europäische Sonde zur Erforschung der Titanatmosphäre und der Titanoberfläche. Huygens wurde von der amerikanischen Sonde Cassini in das Saturnsystem mitgenommen. Am 14. Januar 2005 landete Huygens als erste Sonde überhaupt auf einem fremden Planetenmond erfolgreich auf Titan und funkte Messungen und ein paar Bilder zurück.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Hyperbolischer Exzess
Als hyperbolischen Exzess bezeichnet man die Geschwindigkeit,
die übrig bleibt, wenn sich ein Raumschiff mit mehr als Fluchtgeschwindigkeit sehr weit von einem Himmelskörper entfernt hat. Der Name erklärt sich dadurch, das solche Bahnen relativ zum passierten Himmelskörper immer Hyperbeln sind.
Ionenantrieb
Der Ionenantrieb ist ein Raketenantrieb, der Schub durch Ausstoss von elektrisch beschleunigten Ionen erzeugt. Im Gegensatz zu den konventionellen Antrieben ist hier die Energiequelle vom Treibstoff getrennt. In der 1998 gestarteten Raumsonde Deep-Space One der
NASA werden Solarzellen als Energiequelle verwendet und Edelgasionen mit dieser Energie auf ca. 50 km/s beschleunigt. Die Schubkraft ist dabei aber sehr gering im Vergleich zu konventionellen Triebwerken. Doch bei Flugzeiten von vielen Monaten, wie sie bei interplanetaren Missionen, wie etwa eine Reise zum Mars, üblich sind, ist der Ionenantrieb chemischen Antrieben überlegen.
Siehe auch unter Raketengleichung.
Iridium-Flare
Die Satelliten der Iridium-Serie besitzen spiegelnde Antennen. Befindet sich ein Beobachter im von den Antennen gespiegelten Sonnenlicht, so beobachtet er ein dramatisches Ansteigen der Satellitenhelligkeit. Das Aufleuchten dauert einige Sekunden.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Kinetische Energie
Um einen Körper der Masse m aus der Ruhe auf eine bestimmte Geschwindigkeit v zu beschleunigen, muss Arbeit geleistet werden. Bei der Abbremsung kann diese Arbeit wieder frei gesetzt werden. Wenn wir die Geschwindigkeit in m/s und die Masse in Kilogramm messen, erhalten wir die Arbeit (Energie) E = 0.5 x m x v x v. Siehe auch unter
Impact.
Mariner 10
Amerikanische Raumsonde zur Erforschung von Venus und Merkur. Mariner 10 erreichte den Merkur am 29. Maerz 1974.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Mariner 4-9
Frühes amerikanisches Raumsondenprogramm zur Erforschung des Mars. Mariner 4 lieferte die ersten Funkbilder der Marsoberflaeche in der Geschichte. Mariner 9 kartierte den Mars erstmals vollstaendig mit Funkbildern.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Mars Express
Europäischer Marssatellit. Er ist der erste europäische Satellit, der einen anderen Planeten als die Erde umkreist. Besonders die multispektralen Stereobilder des Satelliten eröffnen neue Einsichten in Aufbau und Geschichte des Mars. Das mitgeführte Landegerät Beagle2 versagte hingegen.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Mir
Russische Raumstation. Sie umkreiste von 1986 bis 2001 die Erde. Sie wurde modular ausgebaut und kann als Vorgänger der heutigen internationalen Raumstation ISS bezeichnet werden.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Opportunity
Name eines der beiden Mars Exploration Rovers (MER).
Start: 7. Juli 2003
Ankunft: 25. Januar 2004 (bezüglich UTC).
Landegebiet: Meridianum Planum, Mars
Ergebnisse: Durch Mineralogische Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass etliche Schichten und Mineralien nur mit der Anwesenheit von flüssigem Wasser in ferner Vergangenheit erklärt werden. Obwohl ursprünglich nur für 90 Tage Lebensdauer auf Mars ausgelegt, arbeit auch nach einem Jahr auf der Marsoberfläche fehlerfrei.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Orbit
= Bahn. Der Weg eines Himmelskörpers im Raum. Dominiert die Schwerkraft eines großen Körpers in der Nachbarschaft, so kann die Bahn in der klassischen Physik nach Kepler und Newton durch Kelgelschnitte (Kreis, Ellipse, Parabel und Hyperbel) beschrieben werden.
Raketengleichung
Die Raketengleichung beschreibt den Flug einer Rakete mit bekannter Masse vor dem Zünden und nach dem Ausbrennen. Dabei werden die Gase in konstanter Menge mit konstanter Geschwindigkeit ausgestossen. In diesem Falle berechnet sich die erreichbare Endgeschwindigkeit wie folgt:
Endgeschwindigkeit = (Austrittsgeschwindigkeit der Gase)*log(Anfangsmasse/Brennschlussmasse).
Die vollständige Raketengleichung und ein Java-Applet zum Spielen mit der Formel kann man
hier finden.
SRTM
SRTM war eine Mission des Space-Shuttles zur Vermessung der Erdoberfläche mit Radar. Sie war ein Meilenstein in der Erkundung des Planeten Erde aus dem Weltraum. In diesem Lexikon gibt es einen ausführlichen Artikel zu SRTM (HIER).
Satelliten
In diesem Lexikon gibt es einen ausführlichen Artikel über die Erde umkreisenden Raumfahrzeuge und ihre Beobachtung (HIER). Manchmal werden auch die
Monde der Planeten
als Satelliten bezeichnet.
Spirit
Name eines der beiden Mars Exploration Rovers (MER).
Start: 10. Juni 2003
Ankunft: 4. Januar 2004 (bezüglich UTC).
Landegebiet: Gusev Krater, Mars
Ergebnisse: In den etwa 160 km im Durchmesser grossen Krater Gusev mündet von Süden her kommend ein grosses Tal, das einmal einen weit im Süden liegenden See entwässert haben soll. Man erwartete deshalb das der Gusev Krater einmal überschwemmt war und sich an seinem Boden See-Sedimente finden sollten. Diese Hoffnung erfüllte sich nicht. Spirit fand eine von vulkanischem Basaltbrocken übersäte Ebene. Diese Brocken enthalten auch wasserunbeständige Mineralien. Das eigentliche Grundgestein blieb zunächst unerreichbar. Erst nachdem der Rover eine drei km entfernte Hügelkette erreicht hat, wurden auch andere Gesteine gefunden. Der Rover arbeitet auch ein Jahr nach der Landung weiterhin fehlerfrei.
Mehr dazu in einem ausfuehrlichen Aufsatz (HIER).
Bild:
Bewegungen geostationärer Satelliten.
