Lithosphärenbremsung
Als Lithosphärenbremsung bezeichnet man eine von unbemannten Raumfahrzeugen verwendete Landetechnik, bei der eine Raumsonde absichtlich zur Kollision mit einem Himmelskörper gebracht wird. Während der Kollision verliert die durch Airbags geschützte oder gepanzerte Sonde an Geschwindigkeit, bis sie schließlich zur Ruhe kommt.
Die Herkunft des Wortes stellt wahrscheinlich eine skurrile Adaption des Aerobraking dar, bei dem ein Raumfahrzeug durch Nutzung des aerodynamischen Widerstands der Atmosphäre eines Himmelskörpers abgebremst wird. Lithos (altgriechisch λίθος lithium) stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie "Felsen" oder "Stein" -wie auch in Wörtern wie Lithosphäre oder Lithografie.
Lithosphärenbremsung wird auch als humorvoller Euphemismus für den ungeplanten Absturz eines Raumfahrzeugs verwendet. Zum Beispiel wurde der Begriff verwendet, um den Einschlag von MESSENGER auf dem Merkur zu beschreiben, nachdem dem Raumfahrzeug der Treibstoff ausgegangen war.[1]
Diese Verwendung ist unter Fans des Videospiels Kerbal Space Program beliebt, bei dem eine unbeabsichtigte Lithosphärenbremsung ein übliches Spielerlebnis darstellt. Der Slogan "Lithobraking near you in 2020" wird im Ankündigungstrailer von Kerbal Space Program 2 erwähnt.[2]
Grundprinzip[Bearbeiten]
Eine erfolgreiche Lithosphärenbremsung erfordert die Verringerung der Geschwindigkeit des Landers vor dem Aufprall oder den Schutz der Sonde mit ausreichender Dämpfung, um einem Aufprall mit der Oberfläche unbeschädigt zu widerstehen. Ein Lander kann mit Retroraketen oder Fallschirmen seine Geschwindigkeit verringern und/oder durch dämpfende Airbags oder Stoßdämpfer vor der Wucht des Aufpralls geschützt werden. Die erste erfolgreiche Landung dieser Art führte die sowjetische Luna 9-Sonde durch, die eine Kombination aus Retroraketen und gasgefüllten Polstersäcken verwendete, als sie am 3. Februar 1966 auf dem Mond aufsetzte.[3][4] Dies war die erste sanfte Landung auf der Mondoberfläche.
Atmosphärische Landung[Bearbeiten]
Bei der Landung auf Himmelskörpern mit einer Atmosphäre kann eine Lithosphärenbremsung mit einer Atmosphärenbremsung kombiniert werden, statt sich nur auf Retroraketen und Airbags zu verlassen. Für Himmelskörper mit einer sehr dünnen Atmosphäre (z. B. der des Mars) können alle diese zusammen verwendet werden.[5][6] Der Marsrover Mars Pathfinder und die Mars Exploration Rover Spirit und Opportunity haben die Lithosphärenbremsung erfolgreich angewandt.[7][8]
In der russischen Mars-96-Mission wäre eine ähnliche Landung vorgesehen gewesen, jedoch erreichte die Sonde nicht den Orbit und verglühte in der Erdatmosphäre.[9][10] Auf der Venus und Planeten mit einer außergewöhnlich dicken Atmosphäre kann eine Kombination von Litho- und Atmosphärenbremsung ausreichend sein. Die sowjetischen Venera-Lander stiegen mit Fallschirmen durch die Hochatmosphäre ab, bevor sie ohne Fallschirm durch die dichte untere Atmosphäre fielen, bis sie schließlich mit geringer Geschwindigkeit (zwischen etwa 7,5 und 8 m/s) gedämpft aufprallten.
Landung ohne Atmosphäre[Bearbeiten]
Ohne eine dichte Atmosphäre ist das Lithobremsen aufgrund der extrem hohen Umlaufgeschwindigkeiten der meisten Körper schwierig. Die Umlaufgeschwindigkeit kleiner Monde (z. B. Phobos), Asteroiden und Kometen kann jedoch ausreichend klein sein, um diese Landung durchführbar zu machen.
Zum Beispiel landete Rosettas Lander Philae passiv auf dem Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko, nachdem er sich vom Orbiter getrennt hatte, und bremste nur durch den Aufprall auf die Oberfläche des Kometen.[11][12] Der Lander MASCOT wurde von seiner Muttersonde Hayabusa 2 abgekoppelt und landete darauf auf ähnliche Weise auf dem Asteroiden 162173 Ryugu.[13][14]
Die Raumsonde Fobos 2 hätte einen "Springenden Lander" 50 m über der Oberfläche von Phobos aussetzen sollen, doch der Funkkontakt mit Fobos 2 riss kurz vor dem Landeziel ab.[15]
Statt einen großen Lander bei einem solchen Manöver zu riskieren, besteht auch die Möglichkeit, stattdessen mit einem Schwarm kleinerer Lander viele Landungen gleichzeitig zu versuchen. Selbst wenn die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Landung groß ist, müssen die Erfolgschancen bei einer einzelnen Landung nicht hoch sein.
Penetratoren[Bearbeiten]
Statt die Einschlaggeschwindigkeit zu verringern, kann sie auch verwendet werden, um mit der Sonde tief in die Oberfläche einzudringen. Solche Sonden werden gemeinhin als Penetratoren bezeichnet und können auf Körpern mit geringer Gravitation, wie Kometen und Asteroiden, oder auf Planeten mit Atmosphären (mit kleinen oder gar keinen Fallschirmen) zum Einsatz kommen. Mehrere solcher Missionen wurden bereits gestartet, darunter die beiden Phobos-Sondenlander,[16] die den gleichnamigen Marsmond als Ziel hatten, sowie weitere für den Mars selbst auf 'Mars 96'[17] und Deep Space 2,[18] doch bisher war keine erfolgreich. Die Penetratoren von Deep Space 2 wurden entweder beim Aufschlag zerstört oder besaßen nicht genug Energie um Funkkontakt aufzubauen. Die nicht gestartete LUNAR-A-Sonde hätte unter anderem zwei Penetratoren zum Mond fliegen sollen.
Zukünftige Einsatzmöglichkeiten[Bearbeiten]
Ein Vorschlag für zukünftige Einsatzmöglichkeiten lautet, ein Raumfahrzeug tangential an einen Himmelskörper ohne Atmosphäre anzunähern und nahe der Oberfläche auf einer Magnetschwebebahn 'anzudocken' welche die Bremsung für das Raumfahrzeug übernimmt. Dies gilt als Lithosphärenbremsung, da die Reaktionsmasse in diesem Fall der Planet selbst ist. Diese Methode erfordert jedoch neben einem sehr großen Infrastrukturaufwand (dem Bau einer stabilen, widerstandsfähigen Schienenanlage von mehreren Kilometern Länge und eines Schlittens, der extremer Reibung und mechanischen Belastungen gewachsen sein muss) eine äußerst präzise Flugkontrolle und ist daher noch nicht durchführbar. Ein Vorteil dieser Methode wäre, dass mit ihr auch ohne Treibstoff Raumfahrzeuge gestartet werden könnten.
Einzelnachweise[Bearbeiten]
- ↑ National Public Radio: Kill the Messenger: NASA Orbiter set to crash into Mercury Thursday (Englisch) Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ YouTube: Kerbal Space Program 2 Cinematic Announce Trailer (Englisch) Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ ORF: Mit "Luna-9" in eine neue Raumfahrt-Ära Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ Der Spiegel: Grille im Meer Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ BR Wissen: Einzigartige Landung auf dem Mars Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ golem.de: Landung von Curiosity - Nasa Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ NASA Archive: Mars Pathfinder - Entry, Descent and Landing (Englisch) Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ Raumfahrer.net: Spirit: Die Landung in 19 Etappen Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ Russianspaceweb.com: The Mars-96 mission (Englisch) Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ NASA Archive: Mars 96: Failure and Aftermath (Englisch) Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ NDR: "Rosetta"-Mission: "Philae" hüpfte bei Landung über Eisstaub Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ ESA: Touchdown! Rosettas Landegerät Philae setzt auf Kometen auf Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ DLR: Der MASCOT-Lander Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ Spektrum.de: Landung geglückt Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ Deutschlandfunk: Fobos-2 Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ NASA Archive: Phobos Project Information (Englisch) Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ MSSS: Mars 96 Penetrators (Englisch) Abgerufen am 10. Juli 2021.
- ↑ NASA Archive: Deep Space 2 (Englisch) Abgerufen am 10. Juli 2021.
Siehe auch[Bearbeiten]
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