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Die optimale Flugbahn für jede Mission 06.12.2023 | 5 Minuten
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Im Laufe ihrer langen Karriere hat die Ariane 5 239 Satelliten in ihre Umlaufbahnen befördert. Diese insgesamt 117 Starts mussten sorgfältig vorbereitet werden, um die Erwartungen der einzelnen Missionen perfekt zu erfüllen. Da jede Mission einzigartig ist, sehen wir uns nun näher an, wie die Flugbahnen geplant werden.
Innerhalb von ArianeGroup arbeiten verschiedene Teams gemeinsam an der Definition der Flugbahnen für die Ariane-Missionen, wobei die Kundenspezifikationen und der qualifizierte Bereich der Trägerrakete eingehalten werden müssen. Die Flugbahn umfasst alle Antriebs- und Orbitalphasen der Trägerrakete bis zum Erreichen der Zielumlaufbahn, in der die Nutzlast ausgesetzt wird. Stéphane Leboucher, der diesen heiklen Balanceakt seit 35 Jahren koordiniert, ist verantwortlich für die Gestaltung des Flugprogramms. In dieser Abteilung wird das Flugprogramm, das die Trägerrakete bis zu ihrem Zielort steuern wird, an die Mission angepasst.
„Die perfekte Flugbahn ist diejenige, mit der wir die vorgesehene Umlaufbahn für die Nutzlast erreichen können."
Jeder Mission ist eine Zielumlaufbahn zugeordnet, die je nach Art der Nutzlast (Telekommunikation, Beobachtung, Wissenschaft, Erkundung…) definiert wird. Vom Start am Europäischen Weltraumbahnhof in Kourou über die Trennung der einzelnen Stufen bis hin zum Eintritt des Satelliten in seine Zielumlaufbahn – jeder dieser Schritte bestimmt die Flugbahn, die von der Trägerrakete verfolgt wird. Die Route wird in das Flugprogramm eingegeben, das sowohl die Koordination der Trägerrakete als auch die Steuer-, Lenkungs- und Navigationssysteme überwacht. Es enthält alle Schritte, die die Trägerrakete durchlaufen muss.
Die Ariane-Trägerraketen sind darauf ausgelegt, einen bestimmten Orbitalbereich mit maximaler Wahrscheinlichkeit zu erreichen. Dieser Bereich kann dank der nachgewiesenen Leistungsfähigkeit der Trägerrakete durchaus für einen spezifischen Kundenbedarf erweitert werden. Die erste Schwierigkeit besteht darin, die Erdanziehungskraft zu überwinden und die Atmosphäre zu durchqueren, aber auch die Masse und das Missionsziel für die Nutzlast (ihre Umlaufbahn) sind von vorrangiger Bedeutung für die Berechnung der Flugbahn.
„Ziel ist es, die Wünsche des Kunden zu berücksichtigen und sie in Anbetracht der Kapazitäten unserer Trägerrakete bestmöglich zu erfüllen."
Aus diesen beiden Faktoren ergeben sich die Parameter zur Bestimmung der Flugbahn, der die Trägerrakete folgen wird. Zündung der Triebwerke, Abschaltung und Trennung der Stufen, Öffnen von Ventilen zur Kontrolle des Schubs und der Positionen der Trägerrakete… Die Hauptfunktionen der Trägerrakete sind durch eine Gruppe unveränderlicher Algorithmen geregelt, die von den ArianeGroup Teams mit spezifischen Daten für die Durchführung der Nutzlastmission gespeist werden. Das wird als „Anpassung des Flugprogramms an die Mission“ bezeichnet: Dieser Vorgang dauert zwischen 4 und 9 Monaten, je nach Komplexität des Projekts und den notwendigen Zusatzqualifikationen, um den Eignungsnachweis der Trägerrakete für die Mission zu erbringen.
„Die Ariane 5 hatte den Ruf, die Lebensdauer der Nutzlasten zu verlängern".
Bei den letzten Missionen der Ariane 5 war die Präzision beim Flug zehnmal höher als die theoretische Präzision. Wenn man die Satelliten nur 5 km entfernt von ihrer optimalen Umlaufbahn aussetzt, können die Antriebskräfte, die zur Korrektur ihrer Umlaufbahn notwendig sind, erheblich reduziert werden. Somit kann wertvoller Treibstoff gespart werden, der für ihren Betrieb und folglich die Erfüllung ihrer Mission benötigt wird. Das James Webb Weltraumteleskop (JWST) der NASA ist ein schönes Beispiel dafür. Die Positionierung des wertvollen Teleskops war derart präzise, dass auf die ursprünglich geplanten Bahnkorrekturen verzichtet werden konnte, die unmittelbar nach der Trennung von der Trägerrakete bis zum Erreichen seiner Zielposition am Lagrange-Punkt L2, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, geplant waren. Die Mission war so erfolgreich, dass die Lebensdauer des JWST theoretisch verdoppelt wurde. Das ist eine großartige Nachricht für die Wissenschaftler, die bereits die ersten Daten des JWST nutzen können.
„Im Vergleich zur Ariane 5 wird die Ariane 6 noch besser geeignet sein, um die verschiedenen Arten von Umlaufbahnen zu erreichen und den Nutzlasttransport zu maximieren."
Die Möglichkeit, das kryotechnische Vinci-Triebwerk der Oberstufe bis zu viermal zu zünden, wird der Ariane 6 neue Möglichkeiten für Flugbahnen eröffnen. Somit können Nutzlasten auf verschiedenen Umlaufbahnen ausgesetzt, aber auch Weltraumabfälle vermieden werden, indem die Oberstufe kontrolliert von der Umlaufbahn entsorgt und auf einer senkrechten Flugbahn positioniert wird, um anschließend in den dichten Schichten der Atmosphäre zu zerfallen. Diese Funktion beinhaltet komplexere Flugbahnberechnungen, deren Prinzipien jedoch dieselben sind.