Die Flugbahn zum Mars

Um einen Flugkörper von der Erde zum Mars Die Art und Weise, zu anderen Planeten zu gelangen, ist bekannt und seit Jahrzehnten erprobt. Es gibt Startfenster, zu denen die Erde mit möglichst niedrieger Energie verlassen werden kann. Von der Erde aus nimmt die Sonde ihren Weg auf einer “heliozentrischen” Umlaufbahn um die Sonne in Richtung Mars auf. Kommt die Sonde in die Nähe des Mars, wird die Flugbahn mit einem in die Sonde integrierten Raketenmotor leicht geändert, um vom Schwerfeld des Mars in eine Marsumlaufbahn gezogen zu werden.

Bei dieser klassischen Methode muss für die Sonde ein eigener, teurer Raketenstart von der Erde eingesetzt werden, um den optimalen Abflugzeitpunkt von der Erde nutzen zu können.

Die Flugbahn aus dem Erdorbit über eine Zwischenumlaufbahn um die Sonne zum Mars.

Man kann für Abflugszeit und Ankunftsdatum einen energetisch optimalen Zeitpunkt errechnen. Er liegt in der Grafik im “Herzen der Zwiebelschichten”. 2007 und 2009 sind die nächsten Startfenster.

Ein anderer Weg - der AMSAT-Weg

Projekte der AMSAT-DL verfolgen u. a. das Ziel, kostengünstige Alternativen für die Raumfahrt aufzuzeigen und zu erproben. Ein eigener, sogenannter “dedicated” Start scheidet daher aus.

Eine große Zahl von Starts werden für kommerzielle Nachrichten- und TV-Satelliten eingesetzt. Diese Satelliten werden in einen geostationären Transferorbit (GTO) gestartet, von wo sie mit einem eigenen Antrieb in ihre endgültige Bahn manövriert werden. Dabei wird oft die Antriebsleistung der Startrakete nicht voll ausgenutzt. Die verbleibende Reserve kann entweder mit einem nutzlosen Dummykörper oder einer einsetzbaren, sogenannten Sekundär- oder Auxiliary-Payload gefüllt werden. Auf diese Weise wurden frühere AMSAT-DL-Satelliten quasi “Huckepack” zur vergünstigten Bedingungen mitgenommen.

Solche vergünstigten Startbedingungen stehen aber nicht zu jeder Zeit zur Verfügung. Und so muss für die Reise zum Mars eine Methode genutzt werden, bei der die Sonde in einer Erdumlaufbahn bis zum richtigen Zeitpunkt “geparkt” wird. Gleichzeitig muss die Lage der elliptischen Parkbahn derart verändert werden, damit am Tag X auch der korrekte Abflugwinkel Richtung Mars erreicht wird.

Vor einiger Zeit schon wurde dazu das nach seinem Entdecker benannte “Penzo”-Verfahren vorgeschlagen. Dabei wird aus dem GTO heraus durch geringe Bahnänderungen durch den Raketenantrieb der Marssonde mit Hilfe der Anziehungskraft des Mondes diese “Epochesynchronisation” erreicht. Die AMSAT-DL möchte die Tauglichkeit dieses Verfahrens mit ihrem Flug zum Mars erstmals in der Praxis unter Beweis stellen. Dazu durchgeführte numerische Analysen verschiedener Szenarien zeigen die Machbarkeit mit den Mitteln der P5A-Marsmission.

Ist der Zeitpunkt des Verlassens des Parkorbits erreicht wird das Triebwerk im Satelliten gezündet und die Reise folgt von da an den klassischen Weg, bis P5A etwa 9 Monate später in ein elliptische Umlaufbahn um den Mars einschwenkt.

Das 400-N-Flüssigkeitstriebwerk mit dem die AMSAT-DL-Marssonde ihre Bahnmanöver durchführt und das Schwerfeld der Erde verlassen kann. Damit und mit gut 300 l Treibstoff kann ein Delta-V von 2,25 km/s erreicht werden.

 

Hintergründe - mehr zum Thema

PDF 

Marsfluggelegenheiten in den Jahren 2007 und 2009
Aufsatz von M. Peukert zu Startfenstern und Antriebsbedarf (PDF, 166 kB)

 

P5A - From GTO to Mars - Preliminary Analysis of MEGA proposal by P.Penzo
Aufsatz von V. Kudielka zur Analyse des Moon-Earth-Gravity-Assist-Manövers (Engl.)