Autor

Sebastian Höfner
Sebastian Höfner

MPI für Sonnensystemforschung, Katlenburg-Lindau

Sebastian Höfner (31) ist am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau als Ingenieur für wissenschaftliche Experimente tätig. Er hat an der TU München Luft- und Raumfahrttechnik studiert und beim D2-Astronauten Prof. U. Walter seine Diplomarbeit über das Thermalverhalten von Antennen geschrieben.

Frage:

Haben Raumsonden einen Rückwärtsgang?

Antwort:

Um diese Frage beantworten zu können, müssen wir uns zuerst einmal ansehen, wie eine Raumsonde angetrieben wird. Die Art und Weise unterscheidet sich vom Antrieb eines Autos, von dem wir den Rückwärtsgang kennen. Raumfahrtingenieure greifen auf ein wichtiges Prinzip der Physik zurück: Die Impulserhaltung. Der Impuls eines Körpers ist das Produkt aus dessen Masse und Geschwindigkeit und ohne Einwirkung von außen bleibt dieser Impuls stets gleich. Um eine Raumsonde also in eine bestimmte Richtung zu beschleunigen, muss man in die entgegengesetzte Richtung Masse ausstoßen. Je größer die ausgestoßene Masse und je höher deren Geschwindigkeit wird, desto stärker steigt auch die Beschleunigung des Raumfahrzeugs. Man verwendet hierzu meist Schubdüsen, die stark verdichtete Gase mit hohen Geschwindigkeiten ausstoßen. Die Schubdüse kann durch eine Positionsänderung der Raumsonde so ausgerichtet werden, dass je nach Bedarf das Raumfahrzeug beschleunigt oder abgebremst werden kann. Viele Raumfahrzeuge, wie beispielsweise das Spaceshuttle, verfügen über eine hohe Anzahl unterschiedlich großer Schubdüsen. Den spektakulärsten Einsatz sieht man bei Raketenstarts, wenn heiße Verbrennungsgase austreten und dabei viel Lärm und Rauchwolken entstehen.

Das Prinzip kann man mit einem Schlittschuhläufer auf einer zugefrorenen Eisfläche veranschaulichen, der in seiner Hand ein paar Steine hat. Wirft dieser Schlittschuhläufer nun einen Stein Richtung Westen, setzt er sich in Richtung Osten in Bewegung. Der Schlittschuhläufer wird dabei umso schneller, je höher die Masse und die Geschwindigkeit des geworfenen Steines ist. Will dieser Schlittschuhläufer jetzt abbremsen, so muss er weitere Steine werfen, diesmal aber in seine Bewegungsrichtung (hier: Osten). Wirft er weiter Steine, auch nachdem er zum Stillstand gekommen ist, beginnt er sich entgegengesetzt zu seiner ursprünglichen Richtung zu bewegen: Er legt also den „Rückwärtsgang“ ein.

Nun kann man die Frage nach dem Rückwärtsgang auch anders verstehen: Können Raumsonden auf ihrer Mission umkehren? Hierzu muss man sich ein bisschen mit Bahnmechanik beschäftigen: Raumsonden sind den Anziehungskräften von Sonne und Planeten ausgesetzt. Schickt man beispielsweise ein Raumfahrzeug von der Erde zum Mars, so wird es nicht den direkten, „geraden“ Weg nehmen. Der Weg setzt sich aus vielen gekrümmten Abschnitten zusammen, die der Ingenieur ellipsoide oder hyperbolische Bahnsegmente nennt. Jede Bahnänderung braucht Treibstoff und je mehr Treibstoff auf einer Mission mitgenommen wird, desto weniger wissenschaftliche Instrumente kann diese Sonde an Bord mitnehmen. Raumfahrtingenieure berechnen und optimieren daher schon Jahre im Voraus den gesamten Weg einer Raumsonde, um den Treibstoffbedarf genau zu bestimmen. Raumfahrtmissionen, die zur Erde zurückkehren sollen (wie beispielsweise das Apollo Mondprogramm der USA), benutzen dabei genau ausgeklügelte Bahnen. Meist werden hierzu die Anziehungskräfte anderer Himmelskörper zu Hilfe genommen.

Übertragen wir dieses Prinzip auf das Auto, so hieße das: Man berechnet eine Fahrt mit dem Auto in die Stadt so, dass man jede Ampel bei grün passiert, und dabei möglichst nicht abbremsen oder beschleunigen muss. Dann tankt man genau die Menge Benzin, die für diese Fahrt notwendig ist. Man kann sich gut vorstellen, wie kompliziert dann jede einzelne Fahrt wird.

Man kann also zusammenfassend sagen, dass Raumsonden keinen Rückwärtsgang haben, weil sie durch dieselbe Methode sowohl beschleunigen, abbremsen, oder sich „rückwärts“ bewegen können. Müssten Raumsonden jederzeit „umkehren“ können, bräuchten sie viel größere Mengen an Treibstoff und wären damit schwerer und vor allem viel teurer.

 
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