Exzentrischer Halo-Orbit statt enger Umkreisung des Mondes Orbit für die lunare Raumstation ausgewählt - scinexx | Das Wissensmagazin
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Orbit für die lunare Raumstation ausgewählt

Exzentrischer Halo-Orbit statt enger Umkreisung des Mondes

Mond
Die künftige lunare Raumstation wird den Erdtrabanten auf einer stark exzentrischen Umlaufbahn umkreisen. © ESA/ Gerst

Wie ein schiefer Heiligenschein: Die künftige Mond-Raumstation wird den Erdtrabanten nicht wenig umkreisen, sondern ihn eher streifen. Denn NASA und ESA haben sich für einen sogenannten Halo-Orbit als Umlaufbahn für den lunaren Gateway entschieden. Die lunare Raumstation wird dabei einen stabilen Punkt knapp hinter dem Mond exzentrisch umkreisen und dem Erdtrabanten so alle sieben Tage bis auf 3.000 Kilometer nahekommen.

Schon bald sollen wieder Menschen auf dem Mond landen und ihn vor Ort erforschen. Die USA plant mit ihrem Artemis-Programm schon 2024 eine Mondlandung, die Europäische Raumfahrtagentur ESA visiert irgendwann in naher Zukunft ein Mond-Dorf an. Als Plattform und Ausgangspunkt aller Flüge zur Mondoberfläche soll dabei der lunare Gateway dienen – eine Raumstation, die im Mondorbit kreist.

lunar Gateway
Die lunare Raumstation soll in den 2020er Jahren nach und nach zusammengebaut werden. © ESA/NASA/ATG Medialab

„Keine triviale Frage“

Doch welche Umlaufbahn bietet die meisten Vorteile für eine lunare Raumstation? Sie muss einerseits möglichst energiesparend von der Erde anfliegbar sein und gute Voraussetzungen für Weiterflüge zum Mars und anderen Fernzielen bieten. Andererseits aber sollte sie auch den Transport von Menschen und Materialien zur Mondoberfläche und zurück ohne großen Manövrieraufwand und Treibstoffverbrauch ermöglichen. „Einen geeigneten lunaren Orbit für die Station zu finden, ist alles andere als trivial“, sagt Markus Landgraf von der ESA.

Jetzt haben sich NASA und ESA – nach monatelangen Rechenspielen und Diskussionen – auf einen Orbit für ein Mondraumstation geeinigt. Demnach soll der lunare Gateway nicht im niedrigen Mondorbit kreisen wie einst das Kommandomodul der Apollo-Missionen. Stattdessen soll die Raumstation einem sogenannten „Near-Rectilinear Halo-Orbit“ (NRHO) folgen – einer stark exzentrischen Umlaufbahn.

Exzentrische Schlaufen

Eine solche Halo-Umlaufbahn hat als Bezugspunkt nicht den Mond, sondern einen der Lagrangepunkte im Erde-Mond-System. Die kombinierte Schwerkraftwirkung der beiden Himmelskörper sorgt an diesem hinter dem Mond liegenden Punkt dafür, dass Objekte relativ stabil in Position bleiben. Die lunare Raumstation kreist allerdings nicht direkt um den Lagrangepunkt, sondern in einer Art Kompromiss-Orbit, der sie einerseits nahe an den Mond bringt, andererseits aber weite Schlaufen in größerer Mondentfernung machen lässt.

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Konkret wird die Mond-Raumstation einem Orbit folgen, der sie alle sieben Tage bis auf 3.000 Kilometer an die Mondoberfläche heranbringt. Am anderen Extrem ihrer Bahn ist sie 70.000 Kilometer vom Erdtrabanten entfernt. Von der Erde aus gesehen vollführt die Raumstation dabei eine Bewegung, die einen schiefen Heiligenschein des Mondes nachzuzeichnen scheint.

So sieht der Halo-Orbit für die Mond-Raumstation aus.© ESA

Günstig für Raumschiffe vom Mond und von der Erde

Was sind die Vorteile? Der erste große Vorteil ist die leichte Erreichbarkeit sowohl für Versorgungsflüge von der Erde als auch für Mondfähren. Alle sieben Tage, wenn die Raumstation gerade am mondnahen Punkt ihrer Bahn ist, können Mondlandefähren in relativ kurzer Zeit und mit wenig Treibstoffaufwand andocken oder abfliegen. Ist die Station dagegen am mondfernsten Punkt, können Raumschiffe von der Erde andocken, ohne stark abbremsen zu müssen – das spart enorme Mengen an Treibstoff und Zeit.

Und noch zwei weitere Vorteile gibt es: Weil die Raumstation von uns aus gesehen nie komplett hinter dem Mond verschwindet, bleibt die Kommunikationsbindung die gesamte Zeit hindurch erhalten. Bei den Apollomissionen herrschte dagegen jedes Mal Funkstille, wenn die Raumkapsel hinter dem Mond vorbeiflog. Zudem wird die Raumstation im Halo-Orbit nur sehr selten und kurz vom Mond oder der Erde beschattet. Dadurch kann sie ihren Energiebedarf gut mit Solarsegeln decken.

Regelmäßige Kurskorrekturen nötig

Allerdings gibt es auch einen kleinen Nachteil: Der Near-Rectilinear Halo-Orbit ist im Gegensatz zu Lagrange-Orbits nicht vollkommen stabil. „Objekte in diesen Halo-Umlaufbahnen haben die Tendenz, davonzudriften“, erklärt Landgraf. Dadurch wird die lunare Raumstation regelmäßige, wenn auch kleine Kurskorrekturen durchführen müssen. Mit einer Tempokorektur von rund 2,6 Meter pro Sekunde im Jahr halten sich die Kosten dafür allerdings in Grenzen, wie NASA-Forscher berichten

Noch existiert der lunare Gateway nur auf dem Papier. Aber wenn alles nach Plan verläuft, könnte schon in den 2020er Jahren das erste kleine Habitat im Halo-Orbit kreisen. Die Bauteile für die lunare Station stammen dabei teilweise von der NASA, aber auch von der ESA und anderen Raumfahrtbehörden. „Wir können es kaum erwarten, dieses ehrgeizige internationale Unterfangen umgesetzt zu sehen“, sagt Rolf Densing, Operationsleiter bei der ESA.

Quelle: ESA

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