Marsmond Fly-By's an Phobos?

Hallo
mit großem Interesse habe ich das Aerobraking Manöver des TGO verfolgt. Wenn ich jetzt lesen das man für ein deltaV von 1000m/s rund ein ganzes Jahr gebraucht hat. Also eine erhebliche Verlängerung im Missionsablauf. Dabei stellt sich mir die Frage: ob schon einmal Fly-by's am Mars Mond Phobos untersucht wurden um die Bahnen von Sonden in der Mars Umlaufbahn zu verändern ?

MFG S

Ich denke, Phobos ist viel zu klein, um da irgendwas messbares zu bewirken.

Die Atmosphäre der Mars ist aber auch sehr dünn. Sie bewirkt auch nur etwas durch vielfaches Abbremsen.

Das ist wohl auch schon der Grund, warum die kleinen Monde nicht sinnvoll helfen: Dort müsste man auch mehrere Flybys machen, um viel zu bewirken, und das ist dann ein Timingproblem. Mars-Express kommt alle Jubeljahre mal an Phobos vorbei. Die Atmosphäre hingegen trifft man bei jedem Umlauf.

Wenn ich die gravitative Flyby-Technik richtig verstehe, müsste ein Marssatellit ja innen an Phobos oder Deimos vorbeifliegen, um seinen Marsorbit von diesen Monden abbremsen zu lassen. Würde er außen dran vorbeifliegen, würden die Möndchen ihn sogar noch beschleunigen.

Jetzt die eigentliche Frage: Wie dicht müsste ein Satellit wohl an Phobos vorbeifliegen, um auf dem Marsorbit 1 m/s langsamer zu werden?

Nein, nicht innen. Du darfst da nicht "statisch ruhend" draufschauen. Es geht um Bewegungsrichtungen und Geschwindigkeitsvektoren relativ zueinander, in einem bewegten Koordinatensystem, und in welche Richtung der eigene Vektor so am Ende umgelenkt wird. Ich hatte es ja schon an anderer Stelle gesagt: u.a. Messenger ist auch "außen" an Merkur vorbeigeflogen und wurde trotzdem abgebremst.

Bei Flyby gehts es doch eher um "vorne" (bremsen) und "hinten" (beschleunigen) vorbeifliegen.
Das muß man analog zu einem Auto sehen, was geradeaus fährt:

Vorne = man fliegt vor dem Körper vorbei (beim Auto wäre das vor den Frontscheinwerfern), wobei vorne meint, daß das die Stelle ist, auf die der Körper zufliegt - man wird dann gebremst

Hinten = man fliegt hinter dem Körper vorbei (beim Auto wäre das hinter den Heckscheinwerfern), wobei hinten meint, daß das die Stelle ist, von der der Körper wegfliegt

Wenn man "vorne" vorbeifliegt, ist der Körper vor dem Flyby weiter weg und wirkt gravitativ noch nicht so stark, nach dem Flyby ist der aber näher dran, weshalb seine Graviation dann stärker anziehend wirkt. Dadurch wird die Sonde insgesamt gebremst.

Wenn man "hinten" vorbeifliegt, ist der Körper vor dem Flyby näher dran und wirkt gravitativ stark beschleunigend, nach dem Flyby ist der aber weiter weg, weshalb seine Graviation dann nicht mehr so stark wirkt. Dadurch wird die Sonde insgesamt beschleunigt.

Hab ich das so richtig verstanden oder lieg ich da voll daneben?

Die Atmosphäre der Mars ist aber auch sehr dünn. Sie bewirkt auch nur etwas durch vielfaches Abbremsen.

Das ist wohl auch schon der Grund, warum die kleinen Monde nicht sinnvoll helfen: Dort müsste man auch mehrere Flybys machen, um viel zu bewirken, und das ist dann ein Timingproblem. Mars-Express kommt alle Jubeljahre mal an Phobos vorbei. Die Atmosphäre hingegen trifft man bei jedem Umlauf.

Über dieses Problem bin ich auch schon "gestolpert" und hätte evtl eine Lösung: durch einen Fly-by lässt sich ja nicht nur die Geschwindigkeit verändern, es kann auch die Richtung verändert werden. Will man bei jedem Umlauf der Sonde einen Fly-by haben müsste deren Umlaufzeit entweder ein Vielfaches oder ein Bruchteil der Phobos Umlaufzeit sein. das wird man höchstens mit Triebwerkshilfe hinbekommen. Wenn man aber nicht nur abbremst (so viel wie möglich) sondern auch die Bahnellipse um die "Hochachse" des Mars "verdreht" so das am (fast) "Schnittpunkt" beider Bahnen beim nächsten Umlauf auch wieder die Sonde u Phobos aufeinander treffen hätte man bei jedem umlauf der Sonde einen Fly-by! Die frage ist jetzt wieviel man dann noch abbremst?

MFG S

Wenn man "vorne" vorbeifliegt, ist der Körper vor dem Flyby weiter weg und wirkt gravitativ noch nicht so stark, nach dem Flyby ist der aber näher dran, weshalb seine Graviation dann stärker anziehend wirkt. Dadurch wird die Sonde insgesamt gebremst.

Wenn man "hinten" vorbeifliegt, ist der Körper vor dem Flyby näher dran und wirkt gravitativ stark beschleunigend, nach dem Flyby ist der aber weiter weg, weshalb seine Graviation dann nicht mehr so stark wirkt. Dadurch wird die Sonde insgesamt beschleunigt.

Hab ich das so richtig verstanden oder lieg ich da voll daneben?

Ich glaube, ich habe verstanden, wie Du es meinst. Klingt für mich jedenfalls auch einleuchtend.

Aber Ihr werdet mich nicht los: Wie dicht müsste ein Satellit, z.B. der TGO, jetzt vor Phobos vorbeifliegen, um z.B. um 1 m/s abgebremst zu werden?

Zitat von: Prodatron am 23. Februar 2018, 19:23:33

Wenn man "vorne" vorbeifliegt, ist der Körper vor dem Flyby weiter weg und wirkt gravitativ noch nicht so stark, nach dem Flyby ist der aber näher dran, weshalb seine Graviation dann stärker anziehend wirkt. Dadurch wird die Sonde insgesamt gebremst.

Wenn man "hinten" vorbeifliegt, ist der Körper vor dem Flyby näher dran und wirkt gravitativ stark beschleunigend, nach dem Flyby ist der aber weiter weg, weshalb seine Graviation dann nicht mehr so stark wirkt. Dadurch wird die Sonde insgesamt beschleunigt.

Hab ich das so richtig verstanden oder lieg ich da voll daneben?

Ich glaube, ich habe verstanden, wie Du es meinst. Klingt für mich jedenfalls auch einleuchtend.

Aber Ihr werdet mich nicht los: Wie dicht müsste ein Satellit, z.B. der TGO, jetzt vor Phobos vorbeifliegen, um z.B. um 1 m/s abgebremst zu werden?

unqualifizierter Antwortversuch von mir: da kommt kein fixer Abstand heraus da es auch davon abhängig ist welche Kursänderung man erreichen will.

Aber ja ich verstehe schon auf was du heraus willst es wäre wahrscheinlich schon eine große Annäherung erforderlich. ich würde ein Radar in der Sonde vorschlagen mit dem Phobos erfasst wird damit sich die Sonde präzises positionieren kann, mit von der Erde vorgegebenen Daten könnte das in der tat schwierig werden...

MFG S

Man kann die "Flyby-Leistung" mit dem Tisserand-Parameter abschätzen:

[tex]T=\frac{a_p}{a}+2\sqrt{\frac{a}{a_p}(1-e^2)}\cos{i}[/tex]

T bleibt bei einem Flyby erhalten, wenn m₁ >> m

2

>> m

3

ist. Das ist für Mars, Phobos, Sonde gegeben. a_p ist die große Halbachse des Phobosorbits. Der Rest sind die Orbitparameter der Sonde.

Wenn man der Anfangsbahn von TGO (grob) spielt, dann gilt in etwa Apozentrum = 99396km, Perizentrum = 3796km. Vor dem Flyby ist a = 51596km. Zur Einfachheit nehme ich i=0 an. Dann wird T maximal:

T = 1,9479

Stellt man dann die Formel für a (nach dem Flyby) um und wünscht, dass das Perizentrum konstant blieb (nur das Apozentrum sinkt), dann kommt man auf ein erreichbares Apozentrum:

r_a = 99364 km

Man schafft offenbar nur -32km mit einem Flyby ... Wieviel hat TGO mit einem frühen Atmosphärenritt geschafft?

Da der Marsmond in aller Regel nicht da ist, wo man ihn für eine gewünschte Bahnänderung braucht, müsste man schon sehr viel Antriebsenergie dafür aufwenden, um die Sonde für einen entsprechenden Flyby zu positionieren. Da könnte man den Treibstoff besser für ein direktes Abbremsen einsetzen.

Robert

Danke Daniel für die ausführliche Abhandlung!

Da der Marsmond in aller Regel nicht da ist, wo man ihn für eine gewünschte Bahnänderung braucht, müsste man schon sehr viel Antriebsenergie dafür aufwenden, um die Sonde für einen entsprechenden Flyby zu positionieren. Da könnte man den Treibstoff besser für ein direktes Abbremsen einsetzen.

Robert

dazu hatte ich ja oben einen Vorschlag gemacht. ansonsten muss man für Aerobraking auf min 200 m herunter, Phobos kreist in 9400 km Höhe.


MFG S

PS macht ca 3100 Umläufe auf 0 ne kann man natürlich nicht so einfach rechen...

Sorry Stefan,

das habe ich nicht verstanden, du willst mit Aerobreaking auf 200 m runtergehen? Das dürfte ein ziemlich finales Manöver werden.

Robert

Sorry Stefan,

das habe ich nicht verstanden, du willst mit Aerobreaking auf 200 m runtergehen? Das dürfte ein ziemlich finales Manöver werden.

Robert

Ups, Tippfehler natürlich 200 km. Wollte sagen das man für Aerobraking das Perizentrum (Periares am Mars?) auf unter 200 km absenken muss. Phobos Fly-bys könnten ja z.b. aus einer Bahn 9400x 99400 km beginnen.

Zitat von: Schillrich am 23. Februar 2018, 07:16:10

Das ist wohl auch schon der Grund, warum die kleinen Monde nicht sinnvoll helfen: Dort müsste man auch mehrere Flybys machen, um viel zu bewirken, und das ist dann ein Timingproblem. Mars-Express kommt alle Jubeljahre mal an Phobos vorbei. Die Atmosphäre hingegen trifft man bei jedem Umlauf.

Über dieses Problem bin ich auch schon "gestolpert" und hätte evtl eine Lösung: durch einen Fly-by lässt sich ja nicht nur die Geschwindigkeit verändern, es kann auch die Richtung verändert werden. Will man bei jedem Umlauf der Sonde einen Fly-by haben müsste deren Umlaufzeit entweder ein Vielfaches oder ein Bruchteil der Phobos Umlaufzeit sein. das wird man höchstens mit Triebwerkshilfe hinbekommen. Wenn man aber nicht nur abbremst (so viel wie möglich) sondern auch die Bahnellipse um die "Hochachse" des Mars "verdreht" so das am (fast) "Schnittpunkt" beider Bahnen beim nächsten Umlauf auch wieder die Sonde u Phobos aufeinander treffen hätte man bei jedem umlauf der Sonde einen Fly-by! Die frage ist jetzt wieviel man dann noch abbremst?

MFG S

Ich weiß nicht ob ihr mich hier verstanden habt?

MFG S

Man kann die "Flyby-Leistung" mit dem Tisserand-Parameter abschätzen: ...

Wow, auch von mir danke für die ausführliche quantitative Behandlung.

Man schafft offenbar nur -32km mit einem Flyby ...

Wenn das so stimmt, fühle ich mich in meiner früheren Vermutung...:

Ich denke, Phobos ist viel zu klein, um da irgendwas messbares zu bewirken.

... zwar halbwegs bestätigt . Aber mit viel Geduld könnte man sich auch so an den Mars heranbremsen:

Wieviel hat TGO mit einem frühen Atmosphärenritt geschafft?

Hm, laut dem Artikel von M. Khan hat der TGO 950 Atmosphärendurchgänge gebraucht, um das Apomartium von ca. 98.000 auf 1.050 km zu reduzieren. Das wären dann im Schnitt ca. 100 km pro Durchgang.

So. 100 km pro Umrundung, das ist zwar deutlich mehr als die 32 km Deines Rechenexempels, aber auch nicht SO viel mehr. Gerade mal eine dezimale Größenordnung. Nur steht die Atmosphäre bei jedem Durchgang zur Verfügung, im Gegensatz zu Phobos.

Nur steht die Atmosphäre bei jedem Durchgang zur Verfügung, im Gegensatz zu Phobos.

Ich sehe ja ein das der Aufwand bei Phobos den Nutzen eher nicht rechtfertigt. könnten wir unabhängig davon mal auf meinen Gedanken eingehen das es theoretisch möglich sein müsste bei jedem Umlauf der Sonde einen Fly-by durchzuführen. der Trick besteht quasi darin durch den Flyby nicht nur abzubremsen sondern die Bahn auch so um den Zentralkörper zu drehen, das der Punkt der Annäherung auf der Bahn quasi um den "Rest" der beim Teilen der Umlaufzeiten der 2 Bahnen übrigbleibt verschoben wird...
Ich weiß echt nicht wie ich das besser beschreiben soll evtl. mit Bild?

MFG S

könnten wir unabhängig davon mal auf meinen Gedanken eingehen das es theoretisch möglich sein müsste bei jedem Umlauf der Sonde einen Fly-by durchzuführen.

Meinst Du, Du willst die Bahn der Sonde um den Mars so optimieren, dass sie nicht nur "zufällig mal" auf Phobos trifft, sondern möglichst oft, um jedesmal ein bisschen zu bremsen?

Das wäre IMHO dann der Fall, wenn die Umlaufzeit der Sonde ein ganzzahliges Vielfaches der Umlaufzeit von Phobos wäre UND zusätzlich deren "Perimartien" nahe genug beieinander sind, dass Phobos überhaupt nennenswerte Anziehung auf die Sonde ausüben kann.

Diese Synchronisation sei jetzt mal gegeben - Phobos trifft also alle 10 oder 20 oder 167 Umläufe - keine Ahnung - auf die Sonde und bremst sie jedesmal ein bisschen ab. Dadurch rückt die Sonde in ihrem Apomartium aber auch näher an den Mars heran und braucht also jedesmal etwas weniger Zeit für ihre Orbits. Der viel schwerere Phobos ändert seine Bahn nicht (bzw. kaum) und rotiert weiter ungerührt im alten Takt. Die Sonde ist Phobos bald voraus, trifft also früher als Phobos im (ehemaligen) gemeinsamen Schnittpunkt der Bahnen ein. Die Synchronisation ist perdu.

der Trick besteht quasi darin durch den Flyby nicht nur abzubremsen sondern die Bahn auch so um den Zentralkörper zu drehen, das der Punkt der Annäherung auf der Bahn quasi um den "Rest" der beim Teilen der Umlaufzeiten der 2 Bahnen übrigbleibt verschoben wird...
Ich weiß echt nicht wie ich das besser beschreiben soll evtl. mit Bild?

Weiß nicht, ob ich Dich da richtig verstehe. Die Sonde rotiert also auf einer elliptischen Bahn um den Mars. So weit so gut. Aber diese Ellipse soll sich dabei ihrerseits um den Mars drehen?

Hallo Stefan,

meinst du, dass man mit dem Flyby auch die "Richtung der großen Halbachse", also die Lage von Apo- und Perizentrum "um den Mars dreht"?

Zitat von: Stefan307 am 26. Februar 2018, 22:06:58

könnten wir unabhängig davon mal auf meinen Gedanken eingehen das es theoretisch möglich sein müsste bei jedem Umlauf der Sonde einen Fly-by durchzuführen.

Meinst Du, Du willst die Bahn der Sonde um den Mars so optimieren, dass sie nicht nur "zufällig mal" auf Phobos trifft, sondern möglichst oft, um jedesmal ein bisschen zu bremsen?

Ja genau, ich  beziehe mich auf diesen Post:

Zitat von: Schillrich am 23. Februar 2018, 07:16:10

Die Atmosphäre der Mars ist aber auch sehr dünn. Sie bewirkt auch nur etwas durch vielfaches Abbremsen.

Das ist wohl auch schon der Grund, warum die kleinen Monde nicht sinnvoll helfen: Dort müsste man auch mehrere Flybys machen, um viel zu bewirken, und das ist dann ein Timingproblem. Mars-Express kommt alle Jubeljahre mal an Phobos vorbei. Die Atmosphäre hingegen trifft man bei jedem Umlauf.

Über dieses Problem bin ich auch schon "gestolpert" und hätte evtl eine Lösung: durch einen Fly-by lässt sich ja nicht nur die Geschwindigkeit verändern, es kann auch die Richtung verändert werden. Will man bei jedem Umlauf der Sonde einen Fly-by haben müsste deren Umlaufzeit entweder ein Vielfaches oder ein Bruchteil der Phobos Umlaufzeit sein. das wird man höchstens mit Triebwerkshilfe hinbekommen. Wenn man aber nicht nur abbremst (so viel wie möglich) sondern auch die Bahnellipse um die "Hochachse" des Mars "verdreht" so das am (fast) "Schnittpunkt" beider Bahnen beim nächsten Umlauf auch wieder die Sonde u Phobos aufeinander treffen hätte man bei jedem umlauf der Sonde einen Fly-by! Die frage ist jetzt wieviel man dann noch abbremst?

MFG S

Die Umlaufzeit der Sonde ist ein vielfaches der Phobos Umlaufzeit es bleibt also ein "Rest" da dazu führt das zwar die Bahn von Phobos "tangiert" wird der Mond aber nicht "da" ist. Deshalb muss man einen Gemeinsamen Schnittpunkt suchen, bei dem die "Teilumlaufzeiten" von Sonde und Mars Identisch sind. Wenn man von Oben auf das Ganze blickt und die Unterschiedlichen Bahnellipsen der Sonde einzeichnet sieht das Bildlich gesprochen wie die einzelnen Blätter einer Blume aus...

Hallo Stefan,

meinst du, dass man mit dem Flyby auch die "Richtung der großen Halbachse", also die Lage von Apo- und Perizentrum "um den Mars dreht"?

ich glaube ja der Flyby finde ja im Perizentrum statt das muss so um den Mars gedreht werden das es sich mit Phobos "trifft" also fast 

MFG S

So ähnlich hat sich ja Cassini dutzendemale um Saturn geschwungen, mit Titan in der Rolle des Phobos' . Allerdings sah Cassinis Bahn hinterher weniger aus wie ein schönes Blütenblatt, sondern mehr wie ein zerzaustes Wollknäuel. Und selbst das finale Bremsmanöver, für den Sturz auf Saturn, hat Cassini mit Hilfe eines Titan-Flybys vollführt. Also, grundsätzlich kann man mit Flybys schon allerhand erreichen.

So ähnlich hat sich ja Cassini dutzendemale um Saturn geschwungen, mit Titan in der Rolle des Phobos' . Allerdings sah Cassinis Bahn hinterher weniger aus wie ein schönes Blütenblatt, sondern mehr wie ein zerzaustes Wollknäuel. Und selbst das finale Bremsmanöver, für den Sturz auf Saturn, hat Cassini mit Hilfe eines Titan-Flybys vollführt. Also, grundsätzlich kann man mit Flybys schon allerhand erreichen.

Auch das hatte ich im Hinterkopf! Wobei Titan natürlich eine ganz andere Massendimension ist...

MFG S

PS: und unser guter alter Erdenmond wäre ja auch noch da...

PPS:

Stellt man dann die Formel für a (nach dem Flyby) um

Ich versuche das gerade nachzurechnen und um ehrlich zu sein komme ich an die Grenzen meiner mathematischen Fähigkeiten wäre es viel verlangt die nach a umgestellte Formel zu bekommen?

Habe gerade im Apollo Thread (das Forum geht seltsame Wege ) über den Phobos Flyby von MEX gelesen, mehr dazu gibt es hier http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Mars_Expres/Mars_Express_heading_towards_daring_flyby_of_Phobos
Auch wenn es hier um wissensachaftliche Untersuchungen an Phobos und nicht um en Flugmanöver ging sieht man sehr schön das die Geschwindigkeitsänderung sehr wohl messbar ist...

MFG S

Hallo Stefan, ich habe die Formel auch nicht selbst umgestellt, sondern WolfamAlpha und Mathematica dran gesetzt ...