SolO und BepiColombo: Venus-Swingbys im August

Projektion der Bahn der Sonnensonde SolO auf die Ekliptik. Swingbys an Erde und Venus sind markiert. Quelle: Michael Khan, ESA

Zwei ganz unterschiedliche europäische Raumsonden, die Sonnensonde Solar Orbiter, auch bekannt als SolO, und die Merkursonde BepiColombo, werden in den kommenden Tagen Vorbeiflüge an der Venus absolvieren. In beiden Fällen handelt es sich um Swingby-Manöver (im englischen Sprachgebrauch auch als “Gravity-Assist-Manoeuvre” bezeichnet). Ziel ist die Veränderung der jeweiligen Bahn um die Sonne als weiterer Schritt auf dem Weg zum Zielorbit. 

Da die Missionsziele der beiden Missionen sehr verschieden sind, unterscheiden sich auch die Verläufe sowie die Auswirkungen der zwei Venus-Swingbys vollkommen. 

SolO: Venus-Swingby am 9. August

SolO nähert sich der Venus mit einer hyperbolischen Ankunftsgeschwindigkeit von 11.7  km/s. Die größte Annäherung erfolgt am Montag, dem 9. August 2021 gegen 04:42 UTC in einer Höhe von knapp 8000 km über der Oberfläche des Planeten. Zweck der Umlenkung ist das Zielen auf den Swingby an der Erde am 26. November 2021, der wiederum auf den darauffolgenden Venus-Swingby am 4. September 2022 zielt, dann bereits mit gewaltigen 18.5 km/s Ankunftsgeschwindigkeit.

Durch die Venus-Begegnung im September 2022, die dritte in der Mission, wird das Perihel schon auf 0.32 AE abgesenkt werden. Weitere Venus-Swingbys werden folgen, die das Perihel weiter reduzieren und vor allem die Inklination der Bahn relativ zur Ekliptikebene anheben. 

Projektion der Bahn der Sonnensonde SolO auf die Ekliptik. Swingbys an Erde und Venus sind markiert. Quelle: Michael Khan, ESA
Projektion der Bahn der Sonnensonde SolO auf die Ekliptik. Swingbys an Erde und Venus sind markiert. Quelle: Michael Khan, ESA

Der hyperbolische Vorbeiflugbahn am 9.8.2021 ist retrograd; die Bahnebene ist um etwa 140 Grad gegenüber dem Venusäquator gekippt. Bis zur größten Annäherung fliegt die Sonde über der Nachtseite des Planeten; sie durchfliegt aber selbst nicht im Schattenkegel. Sollte ich mich nicht verrechnet haben, ist die Position bei größter Annäherung 154.4 Grad Ost und 27.4 Grad Nord. Kurz vor Erreichen der größten Annäherung findet eine etwa 15 Minuten lange Okkultation durch die Venus statt, wodurch die Funkverbindung zur Erde unterbrochen sein wird. 

In der Grafik unten erfolgt der Anflug von oben links, aus der -x-Richtung. Das Koordinatensystem ist so definiert, dass die x-Achse immer zur Sonne zeigt; die z-Achse in Richtung des Normalenvektors der Venusbahn. Der Planet fliegt hier also in -y-Richtung. Wegen des hohen Perizentrums erfolgt keine starke Umlenkung, wie man deutlich sehen kann.

Der Nahbereich der Vorbeiflughyperbel für den Venus-Swingby von SolO am 9. August 2021, Quelle: Michael Khan, ESA
Der Nahbereich der Vorbeiflughyperbel für den Venus-Swingby von SolO am 9. August 2021, Quelle: Michael Khan, ESA

BepiColombo: Venus-Swingby am 10. August

BepiColombo nähert sich der Venus mit 8.1 km/s hyperbolischer Ankunftsgeschwindigkeit. Zur größten Annäherung kommt es am 10. August 2021 um 13:52 bei einer Höhe von etwa 550 km. Vor dem Swingby hat die heliozentrische Bahn ein Aphel von 0.832 AE und ein Perihel von 0.518 AE, danach wird das Aphel 0.731 AE und das Perihel 0.335 AE betragen.

Dieser Venus-Swingby wird der zweite und letzte der Mission sein. Zusammen mit der Absenkung des Perihels wird auf den ersten nahen Merkurvorbeiflug gezielt, der in der Nacht vom 1. auf den 2. Oktober stattfinden wird. Man kann also mit Fug und Recht sagen, dass die Mission jetzt in die heiße Phase eintritt. Die nächsten Monate werden spannend! Mehr zum Design des Transfers der Mission finden Sie in einem Artikel in meinem Blog

Der Transfer der ESA-Merkursonde BepiColombo vom Start bis zum Einfang - antriebslos: rot, mit elektrischem Antrieb: grün / View of the interplanetary transfer trajectory of the ESA Mercury probe BepiColombo from launch to capture - coast arcs shown in red, thrust arcs shown in green
Der Transfer der ESA-Merkursonde BepiColombo vom Start bis zum Einfang – antriebslos: rot, mit elektrischem Antrieb: grün, Quelle: Michael Khan, ESA

BepiColombo wird sich, ähnlich wie SolO, bis kurz vor der größten Annäherung über der Nachtseite des Planeten befinden. Die Position der größten Annäherung ist 4.3 Grad Ost / 6.1 Grad N (falls meine Berechnungen richtig sind). Eine Okkultation durch den Planeten habe ich nicht feststellen können, auch keinen Durchflug des Schattenkegels. Wie man in der Grafik siegt, erfolgt der Vorbeiflug hier an der anderen Seite der Venus.

Der Nahbereich der Vorbeiflughyperbel für den Venus-Swingby von BepiColombo am 10. August 2021, Quelle: Michael Khan, ESA
Der Nahbereich der Vorbeiflughyperbel für den Venus-Swingby von BepiColombo am 10. August 2021, Quelle: Michael Khan, ESA

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.

1 Kommentar

  1. Planeten Swingbys sind wohl sehr kritisch in Bezug auf den genauen Abstand der Sonde zum Planeten beim Vorbeiflug, was bedeutet, dass schon geringe Änderungen der Vorbeiflugsparameter sich stark auf die Ablenkung der Sonde auswirken. Das folgere ich aus dem was man über Asteroiden-Flybys beispielsweise an der Erde weiss.

    Im SPON-Artikel Gefahr aus dem Weltall: Einschlag von Asteroid Bennu wahrscheinlicher als gedacht wird darüber berichtet, dass Bennus Kollissionswahrscheinlichkeit mit der Erde am 24. September im Jahre 2182 bei 1:2700 liegt, dies aber in hohem Masse von den Vorbeiflugsparametern von Bennu an der Erde im Jahr 2135 abhängt, Zitat:

    Entscheidend für das Einschlagrisiko ist der Einfluss der Erde auf einen Vorbeiflug von Bennu im Jahr 2135. Dann wird er uns näher sein als der Mond und ungefähr den halben Abstand unseres rund 380.000 Kilometer entfernten Erdtrabanten einnehmen. Für die Flugbahn bei zukünftigen Passagen ist entscheidend, wie nahe Bennu der Erde in diesem Moment genau kommt – und ob die Schwerkraft der viel massereicheren Erde an dem vergleichsweise winzigen Brocken zieht und ihn ablenkt.

    Dazu müsste Bennu aber bestimmte, winzige Gebiete in der Nähe unseres Planeten passieren, Astronomen sprechen von sogenannten Gravitationsschlüssellöchern. Um 24 dieser 26 Schlüssellöcher, die größer als ein Kilometer sind, macht Bennu 2135 einen Bogen. Trotzdem könnte Bennu mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:1750 oder 0,057 Prozent irgendwann später mit der Erde kollidieren, weil sein Kurs entsprechend abgelenkt wird.

    Das bedeutet wohl, dass ein Flyby von SolO und BepiColombo an der Venus nur dann zum gewünschten Ergebnis führt, wenn man die Bahnparameter der Sonden relativ zur Venus sehr genau bestimmt hat und man vorher eventuell einige kleinere Flugbahnkorrekturen gemacht hat. Nun, die Bahnparameter kann man wohl sehr genau bestimmen, vielleicht allein über die Radiosignale der Sonde oder aber zusätzlich über astronomische Beobachtungen der Sonde.

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