APOD und GOCE

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Raumfahrt aus der Froschperspektive
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Die gestrige hybride (teils ringförmige, teils totale) Sonnenfinsternis war von Deutschland aus nicht zu beobachten, sondern nur von Teilen des amerikanischen Kontinents, von Südeuropa, Arabien und Afrika. Das heutige APOD ist diese Aufnahme von Chris Cook vom Aufgang der teilverfinsterten Sonne über New York:

APOD vom 4.11.2013: Aufgang der teilverfinsterten Sonne über New York am Morgen des 3.11.2013, Credit: Chris Cook via apod.nasa.gov

GOCE: Die mittlere Bahnhöhe lag heute um 4 Uhr UTC bei 195 km relativ zum Erdäquatorradius und wird im Laufe der folgenden 24 Stunden auf rund 191 km absinken. Der Ausfall des Lageregelungssystems ist noch nicht eingetreten, obwohl die Höhe erreicht wurde, bei der der Luftwiderstand den Wert übersteigt, für den das das Funktionieren der Lageregelung mittels der Magnettorquer vom Hersteller garantiert wird. Die spannende Frage ist jetzt, bis in welche Höhe herunter noch die Lage so gehalten werden kann, dass der Luftwiderstand minimiert wird.

Beantwortung der Frage von Leser “Matthias” vom 2.11.2013:

Im Kommentar wurde folgender Vorschlag gemacht:

Wäre es möglich, in der derzeitigen Höhe der Lageregelung zu sagen, Goce jeweils um den Nordpol herum quer zu stellen, so dass der Orbit eine Exzentrizität mit Perigäum z.B. Über dem Südpol ausbildet. Dann hätte man vielleicht statistisch gesehen eine höhere Einschlagwahrscheinlichkeit über unbewohntem Gebiet.

Eine gute Idee. In der Umsetzung allerdings problematisch, aus drei Gründen:

  1. Die Entwicklung der Bahnparameter und Einwirkung einer dissipativen Störung wie dem Luftwiderstand ist immer so, dass die Exzentrizität wieder gegen Null srebt. Selbst wenn es gelingt, entweder wie oben vogeschlagen oder durch ein Bremsmanöver mit Triebwerken, sofern man noch ein klein wenig Treibstoff übrig hat (was hier nicht der Fall ist), das Perigäum etwas anzusenken, dann würde von nun an am Perigäum eine deutlich höhere Kraft wirken. Die Folge wäre, dass der dem Perigäum gegenüber liegende Stelle, also das Apogäum, nun umso schneller absinkt. Sehr bald schön wäre die Bahn wieder kreisförmig, es sei denn, dass man an jedem Apogäum eine stärkere Krafteinwirkung durch Querstellen einwirken ließe,
  2. Die Wirkung der Magnetotorquer, mit denen man die Lage regelt, ist gerade um die Pole herum, wo die Feldlinien des Erdmagnetfelds fast radial stehen, limitiert. Dann müsste man das Schiff schon auf die Nase stellen, was die Gravitationsgradientenmomente maximiert. Ob man da wieder herauskäme, bezweifele ich. Ohnehin sind die Magnetotoqrque nach meinem Kenntnisstand nicht für schnelle Lageänderungen ausgelegt, sondern eher für die Beibehaltung einer konstanten, langsamen Rotatonsbewegung wie im Regelfall dieser Mission.
  3. Hier der wichtigste Grund: Die Erde ist keine Kugel, sondern ein abgeplatteter Ellipsoid. Die Höhe über dem Geoid ist bei der maximalen geographischen Breite, die auf der nahezu polaren Bahn erreicht wird, etwa 20 km höher als die Bahnhöhe bei Durchgang durch die Äquatorebene. Das bedeutet, dass bei hohen Breiten auch der atmosphärische Widerstand viel geringer ist. Die Bremswirkung erfolgt im Wesentlichen über dem Äquator. Das macht es so gut wie unmöglich, am Pol noch viel zusätzliche Bremswirkung zu erzielen. Es ist ausgeschlossen, dass man so einen gesicherten Absturz in Polnähe herbeiführen kann. Dazu müsste man schon am Nordpol ein großes Manöver verabreichen, die die Bahnhöhe am gegenüberliegenden Pol weit hinunterzieht. Das Problem wäre dann aber, dass der Satellt wahrscheinlich nicht mehr durch den Äquatorwulst der Atmosphäre hindurchkäme.

Wenn die Bahn so weit abgesunken sein wird, dass der Absturz unmittelbar bevorsteht, dann wird der Gnadenstoß durch den Äquatorwulst gegeben:

Entweder ist der Satellit schon so tief, dass er aus dem Wulst nicht mehr herauskommt. Dann stürzt er irgendwo in Äquatornähe ab. Oder aber, er kommt gerade noch aus dem Äquatorwulst heraus, seine Bahn hat dabei aber so viel Energie verloren, dass er danach keinen kompletten Umlauf mehr schafft, weil das oskulierende Perigäum irgendwo auf dem weiteren Bahnverlauf liegt. Das gilt für alle wieder eintretenden Satelliten auf niedrigen Bahnen. Wir werden sehen, was bei GOCE zutrifft.

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

2 Kommentare

  1. Kann man eigentlich mit heutiger Fototechnik während einer totalen Sonnenfinsternis Details auf dem Mond sichtbar machen. Man sollte erwarten, dass mindestens gewisse Teile des Randbereichs des Monds durch streifendes Sonnenlicht beleuchtet werden und dass man diese mit heutiger Digitaltechnik darstellen kann.

    • Man kann Einzelheiten der Topologie des Mondrandes erkennen, Stichwort “Baily’s Beads“, siehe auch hier. Dass sich aber gerade die Bedingungen bei einer Sonnenfinsternis mit ihren extremen Kontrastunterschieden besonders gut für die Beobachtung der randnahen Gebiete der Mondoberfläche eignen, bezweifele ich.

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